JP7753239B2 - ワイヤレス電力伝送用送信器、ワイヤレス電力伝送のシステムおよび方法 - Google Patents

Description

本主題開示は、一般にワイヤレス電力伝送に関し、詳細には、磁気誘導ワイヤレス電力伝送システムに用いる装置、ワイヤレス電力伝送システム、およびワイヤレス電力伝送方法に関する。

ワイヤレス充電器などのワイヤレス電力伝送システムは、次世代のデバイスを可能にするためのますます重要な技術になっている。この技術によって提供される可能な利益および利点は、この技術に投資する製造業者や会社が増えていることによって明らかである。

様々なワイヤレス電力伝送システムが知られている。一般的なワイヤレス電力伝送システムは、ワイヤレス電力送信器に電気的に接続された電源、および負荷に電気的に接続されたワイヤレス電力受信器を含む。

磁気誘導システムでは、送信器は、ある特定のインダクタンスを伴う送信コイルを有し、これが、電源からの電気エネルギーを、ある特定のインダクタンスを伴う受信コイルを有する受信器に伝送する。送信器および受信器のそれぞれのコイルすなわちインダクタの間の磁場結合によって電力伝送が生じる。これらの磁気誘導システムの範囲は制限されており、送信器と受信器とのコイルすなわちインダクタは、効率的な電力伝送のために、密結合、すなわち０．５を上回る結合係数と最適な位置合わせとを必要とする。

送信器および受信器のそれぞれのコイルすなわちインダクタの間の磁場結合によって電力が伝送される共振磁気システムもある。送信器と受信器とのインダクタは疎結合でよく、すなわち結合係数は０．５未満でよい。しかしながら、共振磁気システムでは、インダクタは少なくとも１つのキャパシタを使用して共振する。その上、共振磁気システムでは送信器も受信器も自己共振する。共振磁気システムにおける電力伝送の範囲は、磁気誘導システムの電力伝送の範囲にわたって増加し、位置合わせ問題が矯正される。電磁エネルギーは磁気誘導システムおよび共振磁気システムにおいて生成されるが、電力伝送の大部分は磁場を介して生じる。電気誘導または共振電気誘導によって伝送される電力は、あったとしてもわずかである。

Ｑｉワイヤレス充電規格は、磁気誘導システムの例示的な実装形態である。Ｑｉワイヤレス充電規格は、スマートフォンやウェアラブルデバイスなどの低電力の民生用電子機器で使用されている。その上、Ｑｉワイヤレス充電規格では、廉価な電力コンバータ、コイルおよび集積回路が利用可能である。Ｑｉワイヤレス充電規格はｋＨｚの周波数帯域で動作する。Ｑｉワイヤレス充電規格に従って動作するデバイスは、結合範囲が制限されており、正確なコイル位置合わせを必要とし、重く脆弱になりがちなフェライトベースのコイルを使用する。結果的に、Ｑｉワイヤレス充電規格の適用範囲は限られている。

電気誘導システムでは、送信器も受信器も容量性電極を有する。送信器の容量性電極と受信器の容量性電極との電場結合によって電力伝送が生じる。共振磁気システムと同様に、送信器および受信器の容量性電極が少なくとも１つのインダクタを使用して共振する共振電気システムが存在する。インダクタはコイルでよい。共振電気システムでは送信器も受信器も自己共振する。共振電気システムは、電気誘導システムのものと比較して電力伝送の範囲が増加し、位置合わせ問題が矯正される。電磁エネルギーは電気誘導システムおよび共振電気システムにおいて生成されるが、電力伝送の大部分は電場を介して生じる。磁気誘導または共振磁気誘導によって伝送される電力は、あったとしてもわずかである。

ワイヤレス電力伝送システムは既知であるが、改善が望まれている。したがって、目的は、斬新なワイヤレス電力伝送送信器、受信器、システム、およびワイヤレスで電力を伝送する方法を提供することである。

この背景技術は、当業者が以下の説明をよりよく理解することを可能にするための状況を設定するためにのみ役立つものである。したがって、上記の議論のどれも、現況技術の一部または共通の一般知識であることの認識として必然的に解釈されるものではない。

米国特許出願第１７／０１８３２８号

この概要は、発明を実施するための形態において以下でさらに説明される概念の選択を、簡単にした形態で導入するために提供されるものであることを理解されたい。この概要は、特許請求される主題の範囲を制限するように用いられるものではない。

したがって、一態様では、磁気誘導ワイヤレス電力伝送システムに用いる装置が提供される。装置は、システム由来の磁場またはシステムが生成した磁場から、システムの外部の構成要素を遮蔽し得るものである。装置は、システム由来の磁場またはシステムが生成した磁場をさらに強化し得る。さらに、装置は、磁気誘導ワイヤレス電力伝送システムのアクティブコイル（有効コイル）のインピーダンスに影響を与えることがない。このシステムは、装置を導入することにより、アクティブコイルに関連したインバータの再調整が不要になるという利益をもたらし得る。

装置は、磁場遮蔽ユニットを備え得る。

装置は、磁気誘導ワイヤレス電力伝送システムのアクティブコイルに隣接して配置された少なくとも１つの遮蔽コイルを備え得る。

本主題開示のために、「隣接」は、全体的に平行な面を定義するものとして定義され得る。遮蔽コイルは、アクティブコイルの主表面によって定義される面と遮蔽コイルの主表面とが平行であるという点において、アクティブコイルに隣接し得る。

装置は、遮蔽コイルに電気的に接続されたキャパシタをさらに備え得る。このキャパシタは、装置の共振周波数を設定するように構成され得る。

キャパシタは、遮蔽コイルに電気的に接続され得る。キャパシタのキャパシタンスは、同一の動作周波数では、アクティブコイルおよび磁場遮蔽ユニットすなわち装置のインピーダンスまたはリアクタンスが、磁場遮蔽ユニットなしのアクティブコイルのインピーダンスまたはリアクタンスと同一になるように選択されている。

磁場遮蔽コイルおよびキャパシタは、正味で正のリアクタンスをもたらし得る。導電性プレートは負のリアクタンスをもたらし得る。キャパシタのキャパシタンスは、正味で正のリアクタンスが負のリアクタンスと等しくなるように選択され得る。そのため、正味でゼロのリアクタンスがあり得、磁場遮蔽ユニットの有無によって送信コイルのインピーダンスまたはリアクタンスが変化することはない。

同一のインピーダンスまたはリアクタンスを保つことにより、ワイヤレス電力伝送システムの再調整を不要にすることが保証され得る。再調整により、コストおよびシステムセットアップ時間が増加する可能性がある。

装置は、アクティブコイルの反対側の遮蔽コイルに隣接して配置された導体を備え得る。この導体は遮蔽コイルを包含し得る。

この導体は導電性プレートを備え得る。導電性プレートは全体的に平坦でよい。

装置の共振周波数は、アクティブコイルの共振周波数よりも高くなり得る。

遮蔽コイルの共振周波数は、遮蔽コイルの自己共振周波数以下になり得る。

遮蔽コイルにおける電流の位相とアクティブコイルにおける電流の位相とは、略等しい。対照的に、既存の遮蔽ユニットでは、遮蔽ユニットまたはコイルの電流は、ワイヤレス電力伝送システム（たとえば磁気誘導ワイヤレス電力伝送システム）のアクティブコイルの電流に対して一般に位相外れ（たとえば１８０度位相外れ）である。

遮蔽コイルは、アクティブコイル由来の磁場またはアクティブコイルが生成した磁場を強化するように構成されている。遮蔽コイルと導体との組合せは、既存の遮蔽ユニットと対照的に、装置を導入してもアクティブコイルのインピーダンスに影響がないことを保証するものである。

導体は、アクティブコイル由来の磁場またはアクティブコイルが生成した磁場を減衰するように構成され得る。

一般に、装置を取り外しても、アクティブコイルのインピーダンスは一定のままであり得る。同様に、装置を磁気誘導ワイヤレス電力伝送システムとともに使用しても、一般にアクティブコイルのインピーダンスは一定のままであり得る。

装置のパラメータは次式に基づいて決定され得る。

式中、ωは装置の共振周波数（共振角速度）であり、
Ｍ_１２は遮蔽コイルとアクティブコイルとの間の相互インダクタンスであり、
ｒ_Ｌ２は遮蔽コイルの抵抗であり、
Ｌ_２は遮蔽コイルのインダクタンスであり、
Ｃはキャパシタのキャパシタンスであり、
Ｚ_１ｇｎｄはアクティブコイルに対する導体の反射インピーダンスであり、
Ｚ_２ｇｎｄは遮蔽コイルに対する導体の反射インピーダンスである。

装置は２つの遮蔽コイルを備え得る。詳細には、装置は、磁気誘導ワイヤレス電力伝送システムのアクティブコイルに隣接して配置された第１の遮蔽コイルを備え得る。装置は、第１の遮蔽コイルと導体との間に配置された第２の遮蔽コイルをさらに備え得る。

キャパシタは、第１の遮蔽コイルに電気的に接続されてよく、第２の磁場遮蔽コイルの端子は、容量性反射インピーダンスをもたらすように、互いに電気的に短絡されてよい。

キャパシタは、第１の遮蔽コイルに電気的に接続され得る。装置は、第２の磁場遮蔽コイルに電気的に接続された第２のキャパシタをさらに備え得る。

装置のパラメータは次式に基づいて決定され得る。

式中、ωは装置の共振周波数であり、
Ｍ_１２はアクティブコイルと第１の遮蔽コイルとの間の相互インダクタンスであり、
Ｍ_１３はアクティブコイルと第２の遮蔽コイルとの間の相互インダクタンスであり、
Ｍ_２３は第１の遮蔽コイルと第２の遮蔽コイルとの間の相互インダクタンスであり、
ｒ_Ｌ２は第１の遮蔽コイルの抵抗であり、
Ｌ_２は第１の遮蔽コイルのインダクタンスであり、
Ｃはキャパシタのキャパシタンスであり、
Ｚ_１ｇｎｄはアクティブコイルに対する導体の反射インピーダンスであり、
Ｚ_２ｇｎｄは第１の遮蔽コイルに対する導体の反射インピーダンスであり、
Ｚ_３ｇｎｄは第２の遮蔽コイルに対する導体の反射インピーダンスである。

装置のパラメータは次式に基づいて決定され得る。

式中、ωは装置の共振周波数であり、
Ｍ_１２はアクティブコイルと第１の遮蔽コイルとの間の相互インダクタンスであり、
Ｍ_１３はアクティブコイルと第２の遮蔽コイルとの間の相互インダクタンスであり、
Ｍ_２３は第１の遮蔽コイルと第２の遮蔽コイルとの間の相互インダクタンスであり、
ｒ_Ｌ２は第１の遮蔽コイルの抵抗であり、
Ｌ_２は第１の遮蔽コイルのインダクタンスであり、
Ｃはキャパシタのキャパシタンスであり、
Ｚ_１ｇｎｄはアクティブコイルに対する導体の反射インピーダンスであり、
Ｚ_２ｇｎｄは第１の遮蔽コイルに対する導体の反射インピーダンスであり、
Ｚ_３ｇｎｄは第２の遮蔽コイルに対する導体の反射インピーダンスである。

アクティブコイルは送信コイルまたは受信コイルであり得る。送信コイルは、磁気誘導ワイヤレス電力伝送システムの送信器の一部を形成し得る。受信コイルは、磁気誘導ワイヤレス電力伝送システムの受信器の一部を形成し得る。

ワイヤレス電力システムは高周波磁気ワイヤレス電力伝送システムであり得る。

別の態様によれば、磁場結合によって電力を伝送するためのワイヤレス電力伝送システムが提供される。このシステムは、磁場結合によって電力を伝送するための送信コイルと、磁場結合によって送信コイルから電力を抽出するための受信コイルとを備え得る。このシステムは、説明された装置のうち少なくとも１つをさらに備え得る。装置の遮蔽コイルは、送信コイルおよび受信コイルのうち少なくとも１つに隣接して配置され得る。

別の態様によれば、磁気誘導ワイヤレス電力伝送システムのアクティブコイルを遮蔽する方法が提供される。この方法は、システム由来の磁場またはシステムが生成した磁場から、システムの外部の構成要素を遮蔽し得るものである。この方法は、システム由来の磁場またはシステムが生成した磁場をさらに強化し得るものである。さらに、この方法は、磁気誘導ワイヤレス電力伝送システムのアクティブコイルのインピーダンスに影響を与えなくて済み、すなわち、アクティブコイルに関連したインバータは、装置の導入による再調整が不要になり得る。

この方法は、少なくとも１つの遮蔽コイルを、遮蔽コイルに電気的に接続された導体である、磁気誘導ワイヤレス電力伝送システムのアクティブコイルに、隣接して配置するステップと、導体が遮蔽コイルを包含するように、この導体を、アクティブコイルの反対側の遮蔽コイルに隣接して配置するステップとを含み得る。

遮蔽コイルは以前に説明されたものでよい。導体は以前に説明されたものでよい。

別の態様によれば、磁気誘導によって電力をワイヤレス伝送する方法が提供される。

この方法は、送信コイルにおいて磁場を生成して、磁場結合によって受信コイルに電力を伝送するステップを含み得る。

この方法は、生成された磁場を、受信コイルの反対側の送信コイルに隣接して配置された少なくとも１つの遮蔽コイルによって強化するステップをさらに含み得る。

この方法は、生成された磁場を、送信コイルの反対側の遮蔽コイルに隣接して配置された導体によって減衰するステップをさらに含み得、導体は遮蔽コイルを包含する。

別の態様によれば、磁気誘導ワイヤレス電力伝送システムに用いる装置が提供され、この装置は、磁気誘導ワイヤレス電力伝送システムのアクティブコイルに隣接して配置された少なくとも１つのブースタコイルと、ブースタコイルに電気的に接続されたキャパシタであって、ワイヤレス電力伝送中、ブースタコイルの電流がアクティブコイルの電流と略等しくなるようにキャパシタンスを選択されたキャパシタとを備える。

キャパシタのキャパシタンスは、装置が正味で正のリアクタンスを生成するように選択されてよい。

キャパシタのキャパシタンスは、アクティブコイルのインピーダンスまたはリアクタンスが増加するように選択されてよい。

アクティブコイルの面はブースタコイルの面と平行でよい。この面は、アクティブコイルの主オブジェクト面として定義されてよく、同様にブースタコイルの主オブジェクト面として定義されてもよい。

装置は、アクティブコイルの反対側のブースタコイルに隣接して配置された導体をさらに備えてよく、この導体はブースタコイルを包含する。

導体の面は、アクティブコイルの面および／またはブースタコイルの面と平行でよい。この面は導体の主オブジェクト面と定義され得る。

この導体は、アクティブコイルに由来する磁場を減衰するように構成され得る。

この導体は導電性プレートでよい。

ブースタコイルとアクティブコイルとの間の距離およびブースタコイルと導体との間の距離は、キャパシタの必要なキャパシタンスおよび導体における渦電流損が最適化されるように選択され得る。

装置は、アクティブコイルが生成した磁場を約２倍に増加させるように構成され得る。

アクティブコイルは送信コイルまたは受信コイルであり得る。

ワイヤレス電力システムは高周波磁気ワイヤレス電力伝送システムであり得る。

装置の共振周波数は、ワイヤレス電力伝送システムの動作周波数よりも高くなり得る。

ブースタコイルはアクティブコイルと同一の形状および寸法を有する。ブースタコイルは、アクティブコイルとは異なる形状および／または寸法を有してもよい。たとえば、アクティブコイルは全体的に正方形の平坦な形状を有してよく、ブースタコイルは全体的に円形の平坦な形状を有してよい。

装置は複数のブースタコイルを備え得る。たとえば、装置は４つのブースタコイルを備え得る。

ブースタコイルは、アクティブコイルによって包含されるように構成されてよい。

ブースタコイルは、アクティブコイルが生成した磁場を、磁場プロファイルに従って増加させるように構成されてよい。

別の態様によれば、磁気誘導ワイヤレス電力伝送システムに用いる装置が提供され、この装置は、磁気誘導ワイヤレス電力伝送システムのアクティブコイルに隣接して配置された少なくとも１つの遮蔽コイルと、遮蔽コイルに電気的に接続されたキャパシタと、アクティブコイルの反対側の遮蔽コイルに隣接して配置され、遮蔽コイルを包含する導体とを備える。

別の態様によれば、磁場結合によって電力を伝送するためのワイヤレス電力伝送システムが提供され、このシステムは、磁場結合によって電力を伝送するための送信コイルと、磁場結合によって送信コイルから電力を抽出するための受信コイルと、少なくとも１つの装置とを備え、この装置は、送信コイルまたは受信コイルに隣接して配置された少なくとも１つの遮蔽コイルと、遮蔽コイルに電気的に接続されたキャパシタと、送信コイルの反対側の遮蔽コイルまたは受信コイルの反対側の遮蔽コイルに隣接して配置され、遮蔽コイルを包含する導体とを備える。

別の態様によれば、磁気誘導ワイヤレス電力伝送システムのアクティブコイルを遮蔽する方法が提供され、この方法は、少なくとも１つの遮蔽コイルを、遮蔽コイルに電気的に接続された導体である、磁気誘導ワイヤレス電力伝送システムのアクティブコイルに、隣接して配置するステップと、この導体を、アクティブコイルの反対側の遮蔽コイルに隣接させて、遮蔽コイルを包含するように配置するステップとを含み得る。

別の態様によれば、磁気誘導によって電力をワイヤレスで伝送する方法が提供され、この方法は、送信コイルにおいて磁場を生成して、磁場結合によって受信コイルに電力を伝送するステップと、生成された磁場を、受信コイルの反対側の送信コイルに隣接して配置された少なくとも１つの遮蔽コイルによって強化するステップと、生成された磁場を、送信コイルの反対側の遮蔽コイルに隣接して配置された導体によって減衰するステップであって、導体が遮蔽コイルを包含する、ステップとを含む。

別の態様によれば、磁気誘導によって電力をワイヤレスで伝送する方法が提供され、この方法は、送信コイルにおいて磁場を生成して、磁場結合によって受信コイルに電力を伝送するステップと、生成された磁場を、受信コイルの反対側の送信コイルに隣接して配置された少なくとも１つのブースタコイルと、ブースタコイルに電気的に接続されたキャパシタであって、ワイヤレス電力伝送中にブースタコイルの電流がアクティブコイルの電流と略等しくなるようにキャパシタンスを選択されたキャパシタとによって強化するステップとを含む。

１つの態様、例または実施形態に関連して説明されたあらゆる機能が、本開示の他の態様、例または実施形態に関連して使用され得ることを理解されたい。本開示の他の利点は、以下の図面に関連する、発明を実施するための形態から、当業者には明らかになり得る。

次に、実施形態が、添付図面を参照しながらより十分に説明される。

ワイヤレス電力伝送システムのブロック図である。 誘導方式のワイヤレス電力伝送システムのブロック図である。 図２のワイヤレス電力伝送システムの送信コイルの斜視図である。 磁場遮蔽なしの図３Ａの送信コイルのｘｙ軸に沿って得られた磁場プロットである。 磁場遮蔽なしの図３Ａの送信コイルのｘｚ軸に沿って得られた磁場プロットの有限要素法（ＦＥＭ）シミュレーションである。 本開示の一態様による遮蔽ユニットおよび送信コイルの斜視図である。 本開示の一態様による遮蔽ユニットおよび送信コイルの端面図である。 本開示の一態様による遮蔽ユニットおよび送信コイルの構成に関する磁場プロットのＦＥＭシミュレーションの図である。 本開示の一態様による遮蔽ユニットおよび送信コイルにおける電流波形のグラフである。 本開示の一態様による遮蔽ユニットおよび送信コイルの等価回路の図である。 本開示の一態様による別の遮蔽ユニットおよび送信コイルの斜視図である。 本開示の一態様による遮蔽ユニットおよび送信コイルの端面図である。 本開示の一態様による遮蔽ユニットおよび送信コイルの構成に関する磁場プロットのＦＥＭシミュレーションの図である。 本開示の一態様による遮蔽ユニットおよび送信コイルにおける電流波形のグラフである。 本開示の一態様による遮蔽ユニットおよび送信コイルの等価回路の図である。 本開示の一態様による別の遮蔽ユニットおよび送信コイルの斜視図である。 本開示の一態様による遮蔽ユニットおよび送信コイルの端面図である。 本開示の一態様による遮蔽ユニットおよび送信コイルの磁場プロットのＦＥＭシミュレーションの図である。 本開示の一態様による遮蔽ユニットおよび送信コイルにおける電流波形のグラフである。 本開示の別の態様による遮蔽ユニットおよび送信コイルを立てた状態の斜視図である。 本開示の一態様による遮蔽ユニットおよび送信コイルの等価回路の図である。 本開示の一態様によるおよび送信コイルおよび装置の斜視図である。 本開示の一態様によるおよび送信コイルおよび装置の一部の斜視図である。 図８Ａの送信器および装置の一部を持ち上げた状態の側面図である。

ある特定の例の、前述の概要ならびに以下の発明を実施するための形態は、添付図面とともに読み取れば、より良く理解されよう。本明細書で使用される単数形の要素または機能は、必ずしも複数の要素または機能を除外するものではないことを理解されたい。さらに、「一例」または「一実施形態」に対する参照は、説明された要素または機能を組み込む追加の例または実施形態の存在を除外するように解釈されることを意図するものではない。その上、特定の特性を有する１つまたは複数の要素または機能を「備える」、「有する」、または「含む」例または実施形態は、それとは反対に明記されなければ、その特性を伴わない追加の要素または機能を含み得る。また、「備える」、「有する」、「含む」といった用語は、「含むがそれに限定されない」を意味し、「備えている」、「有している」、「含んでいる」といった用語は同等の意味を有することを理解されたい。説明および図面の全体にわたって、類似の参照文字は類似の要素を指すように使用されることも理解されたい。

本明細書で使用される「適合された」や「構成された」といった用語は、要素、構成要素、または他の対象事項が、所与の機能を実行するように設計および／または意図されたものであることを意味する。したがって、「適合された」や「構成された」といった用語の使用は、所与の要素、構成要素、または他の対象事項は、所与の機能をただ単に実行「できる」のではなく、要素、構成要素、および／または他の対象事項は、その機能を実行するために、特別に選択、作製、実施、利用、および／または設計されたものであることを意味するように解釈されるべきである。特定の機能を実行するように適合されていると記述された要素、構成要素、および／または他の対象事項が、加えて、またはその代わりに、その機能を実行するように構成されていると記述されることも本主題開示の範囲内であり、逆の場合も同じである。同様に、特定の機能を実行するように構成されていると記述された対象事項は、加えて、またはその代わりに、その機能を実行するように機能すると記述され得る。

ある要素が、別の要素「の上にある」、「に取り付けられている」、「に接続されている」、「に結合されている」、「に接触している」などと称されるときは、この別の要素に対して、直接上にあり得る、接続され得る、取り付けられ得る、結合され得る、または接触し得ること、あるいは介在要素が存在してもよいことが理解されよう。

「例示的な」という語の使用は、別段明示されなければ、好ましいかまたは最適な設計または実装形態ではなく、「例として」または「一例」を意味することを理解されたい。

本明細書で使用される「略」、「約」、「全体的に」、「実質的に」などの用語は、明示された量または特性に近い量または特性であり、なお所望の機能を実行するかまたは所望の結果を達成する量または特性を表現するものである。たとえば、明示された量を参照する「略」や「約」といった用語は、明示された数値の工学公差または設計公差の範囲内の量を含み、このことは当業者には容易に理解されよう。同様に、たとえば、明示された特性を参照する「実質的に」という用語は、明示された特性を略完全に与える要素を含むことになり、明示された特性を参照する「全体的に」という用語は、明示された特性を主として与える要素を含むことになる。

本明細書では、「第１の」、「第２の」などの用語は、別段示されなければ、単にラベルとして使用され、これらの用語が指す要素に対して順序要件、位置要件、または階層的要件を課すことは意図されていない。その上、「第２の」要素に対する参照が、より小さい番号の要素（たとえば「第１の」要素）および／またはより大きい番号の要素（たとえば「第３の」要素）の存在を必要としたり排除したりすることはない。

ここで図１を見ると、参照数字１００によって全体的に識別されるワイヤレス電力伝送システムが示されている。ワイヤレス電力伝送システム１００は、送信要素１１４に電気的に接続された電源１１２を備える送信器１１０と、負荷１２２に電気的に接続された受信要素１２４を備える受信器１２０とを備える。電力は電源１１２から送信要素１１４に伝送される。次いで、電力は、高周波の共振または非共振の電場結合または磁場結合によって送信要素１１４から受信要素１２４に伝送される。次いで、電力は受信要素１２４から負荷１２２に伝送される。

図２は、参照数字２００として全体的に識別される磁気誘導（Ｈ場）ワイヤレス電力伝送システムを示す。

ワイヤレス電力伝送システム２００は送信器２０２および受信器２０４を備える。以下で説明されるように、ワイヤレス電力システム２００は、送信器２０２から受信器２０４に電力を伝送することによって動作する。送信器２０２は、以下で説明されるように、磁場結合または磁気誘導結合によって電力をワイヤレスで送信するように構成されている。電場も生成され得るが、電場結合によって伝送される電力は、存在するにしてもわずかである。

送信器２０２は、電源２０６、送信器のＤＣ／ＤＣコンバータ２０８、ＤＣ／ＡＣインバータ２１０、および送信コイルすなわちインダクタ２１２を備える。電源２０６は、送信器のＤＣ／ＤＣコンバータ２０８に電気的に接続されている。電源２０６は、ＤＣ電力信号を生成するように構成されている。電源２０６は、送信器のＤＣ／ＤＣコンバータ２０８にＤＣ電力信号を出力するように構成されている。この実施形態では、ＤＣ電力信号は２４Ｖ～４８Ｖである。送信器のＤＣ／ＤＣコンバータ２０８は、電源２０６に電気的に接続されている。送信器のＤＣ／ＤＣコンバータ２０８は、ＤＣ／ＡＣインバータ２１０に電気的に接続されている。送信器のＤＣ／ＤＣコンバータ２０８は、電源２０６を、ＤＣ／ＡＣインバータ２１０に仲介して接続する。送信器のＤＣ／ＤＣコンバータ２０８は、電源２０６からのＤＣ電力信号を、ＤＣ／ＡＣインバータ２１０に送信するための電圧レベルに変換するように構成されている。

ＤＣ／ＡＣインバータ２１０は、送信器のＤＣ／ＤＣコンバータ２０８に電気的に接続されている。ＤＣ／ＡＣインバータ２１０は、送信コイル２１２に電気的に接続されている。ＤＣ／ＡＣインバータ２１０は、送信器のＤＣ／ＤＣコンバータ２０８からのＤＣ電力信号を正弦波の無線周波数（ＲＦ）電力信号に変換するように構成されている。正弦波のＲＦ電力信号は、ＤＣ／ＡＣインバータ２１０から送信コイル２１２に出力される。

受信器２０４は、以下で説明されるように、送信器２０２からの電力を磁気誘導結合によって抽出するように構成されている。電場も生成され得るが、電場結合によって抽出される電力は、存在するにしてもわずかである。

受信器２０４は、受信コイル２１４、ＡＣ／ＤＣ整流器２１６、受信器のＤＣ／ＤＣコンバータ２１８および負荷２２０を備える。受信コイル２１４は、ＡＣ／ＤＣ整流器２１６に電気的に接続されている。受信コイル２１４は、高周波磁気誘導結合を使用して、送信器２０２から送信コイル２１２を介して電力を受信するように構成されている。

本主題開示のために、高周波は６．７８ＭＨｚ以上の周波数と定義される。これは、１３．５６ＭＨｚおよびより高い周波数を含む。その上、周波数は、ワイヤレス電力伝送システムの動作周波数を指す。したがって、高周波磁気誘導システムは、電力を、磁気誘導結合によって、たとえば１３．５６ＭＨｚの周波数で送信コイル２１２から受信コイル２１４に送信する。当業者なら、システムの周波数は、正確に６．７８ＭＨｚまたは１３．５６ＭＨｚでなくてもよいことを理解するであろう。高周波数はＭＨｚ範囲以上の周波数を含む。高周波数は、３～３０ＭＨｚである国際電気通信連合（ＩＴＵ）のバンド数７（ＨＦ）以上の周波数をさらに含む。

ＡＣ／ＤＣ整流器２１６は、受信コイル２１４に電気的に接続されている。ＡＣ／ＤＣ整流器２１６は、受信器のＤＣ／ＤＣコンバータ２１８に電気的に接続されている。ＡＣ／ＤＣ整流器２１６は、受信コイル２１４からの正弦波のＲＦ電力信号をＤＣ電力信号に変換するように構成されている。ＡＣ／ＤＣ整流器２１６は、受信器のＤＣ／ＤＣコンバータ２１８にＤＣ電力信号を出力するように構成されている。

受信器のＤＣ／ＤＣコンバータ２１８は、ＡＣ／ＤＣ整流器２１６に電気的に接続されている。受信器のＤＣ／ＤＣコンバータ２１８は、負荷２２０に電気的に接続されている。ＤＣ電力信号は、ＡＣ／ＤＣ整流器２１６から受信器のＤＣ／ＤＣコンバータ２１８に出力される。受信器のＤＣ／ＤＣコンバータ２１８は、ＡＣ／ＤＣ整流器２１６を、負荷２２０に仲介して接続する。受信器のＤＣ／ＤＣコンバータ２１８は、受信したＤＣ電力信号を変換するように構成されている。変換されたＤＣ電力信号は、受信器のＤＣ／ＤＣコンバータ２１８から負荷２２０に出力される。負荷２２０は、送信器のＤＣ／ＤＣコンバータ２１８に電気的に接続されている。負荷２２０は固定負荷でも可変負荷でもよい。

受信器２０４は受信器のＤＣ／ＤＣコンバータ２１８を備えるものとして記述されているが、当業者ならその他の構成が可能であることを理解するであろう。別の実施形態では、受信器２０４は受信器のＤＣ／ＤＣコンバータ２１８を備えない。この実施形態では、ＡＣ／ＤＣ整流器２１６が負荷２２０に電気的に接続されている。ＡＣ／ＤＣ整流器２１６は、負荷２２０が受け入れられるＤＣ電力信号を生成するように構成されている。

受信器２０４は所与の周波数で動作する。この実施形態では、受信器２０４の動作周波数は送信器２０２の動作周波数である。この実施形態では、受信器２０４の動作周波数は１３．５６ＭＨｚであり、これによって、システムは、以前に定義された高周波システムとして適格である。

次に図３Ａを見ると、システム２００の送信コイル２０２が示されている。この実施形態では、送信コイル２１２は円形であり、ＦＲ４プリント回路基板（ＰＣＢ）上の２回巻きの銅パターンから成る。送信コイル２１２は、略１．５０μＨのインダクタンスを有する。送信コイルは、その端子同士が電気的に接続された２つのキャパシタ２２８を有する。描かれているのは全体的に長方形で丸コーナを有する送信コイル２１２であるが、当業者なら、正方形、螺旋状、長方形、または円形などの他の形状が使用され得ることを理解するであろう。

図３Ｂは、図３Ａからのシステム２００の、磁場遮蔽または磁場相殺なしの送信コイル２１２の磁場プロットを示す。送信コイル２１２は、円形線で示された磁場を伴って示されている。磁場の方向は矢印によって表現されている。示されるように、磁場は、コイルから頂部と底部の両方向に放射される。磁場は、送信コイル２１２の内部の領域に制限されることなく、磁気コイル２１２のまわりの複数の方向に放射され得る。図３Ｂには示されていないが、磁場は、送信器２１２のまわりの３次元空間におけるすべての方向に放射される。

図３Ｃは、磁場遮蔽ユニットなしの送信コイル２１２のＦＥＭシミュレーションである。このシミュレーションについては、送信コイル２１２は２つの銅トラック２１３を備える。当業者なら、コイル２１２が任意の巻数を有し得ることを認識するであろう。このシミュレーションは、磁場遮蔽または磁場相殺なしの送信コイル２１２からの磁場プロットを示すものである。図３Ｃは、送信コイル２１２のどちらかの側から磁場が放射されることを示す。送信コイル２１２は、円形線で示された磁場を伴って示されている。

描写された磁気誘導（Ｈ場）ワイヤレス電力伝送システム２００では、ワイヤレス電力システム２００が生成した磁場に対する磁場遮蔽は、システム２００を設計するときの重要な態様であり得る。図３Ｃに示されるように、磁場遮蔽がないと、送信コイル２１２（すなわちインダクタ）および受信コイル２１４（すなわちインダクタ）によってそれぞれ生成された磁場はコイルすなわちインダクタから全方向に放射される。磁場のうちいくらかは、送信コイル２１２と受信コイル２１４との間の領域の中に閉じ込められたままであるが、磁場の大部分は、閉じ込められることなく、したがって周囲環境に結合される。これは、エネルギーの、他の物体への望ましくない結合および伝送をもたらし、導電性物体に渦電流を誘起して組織を加熱する可能性がある。これらはすべてエネルギー損をもたらし、電磁障害／ＥＭＣの要件ならびにＩＣＮＩＲＰ／ＩＥＥＥ磁場暴露限度に適合するための障害になり得る。Ｑｉシステムなどの従来の解決策は、磁場遮蔽用フェライトの高い透磁率に頼るものである。しかしながら、フェライトは重くて脆弱な材料であり、ＭＨｚ周波数では効率が悪い。フェライトおよび磁気学における２つの主要な損失の仕組みは渦電流損およびヒステリシス損であり、どちらも周波数および透磁率に関するものであることが、当業者に広く理解されている。周波数が高くなると損失が増大する。詳細には、ＭＨｚ周波数ではフェライトの透磁率は効率が悪く、フェライトとコイルとの間の空隙をより大きくする必要がある。これによって、システム２００のサイズが増大し得る。その上、周波数が増加すると、フェライトにおける渦電流およびヒステリシス損が増大する。システムは、ＭＨｚ周波数ではこれらの損失によって効率が悪くなり、電力伝送に使用できなくなる可能性がある。

電流または電圧を相殺するために、大きさが等しい逆の電流または電圧が印加され得、この場合、逆の電流または電圧は、相殺される電流または電圧に対して１８０度位相外れでなければならないことが当業者には広く知られている。たとえば音波、周波数、または力についても同じことが言える。同様に、現在の磁場相殺方法は、相殺コイルの電流が送信コイル２１２の電流と１８０度位相外れになるように、送信コイル２１２によって放射される磁場の位相を変化させるステップを包含する。磁気誘導システムにおける既知の磁場相殺の技術および方法では、磁場相殺コイルの電流は、送信コイル２１２の電流に対して１８０度位相外れである。この方法は、相殺コイルの電流が送信コイル２１２の電流に対して１８０度位相外れであり、磁場相殺コイルに向かう送信コイル２１２の磁場を効果的に相殺するので、「磁場相殺」として一般に知られている。

磁場遮蔽ユニットまたはワイヤレス電力伝送システム用の装置が開示される。磁場遮蔽ユニットは、以下で説明されるように、ワイヤレス電力伝送のために必要な領域またはボリュームに放射する磁場を制限する。

磁場遮蔽ユニットは、磁気誘導ワイヤレス電力伝送システムとともに使用するためのものである。たとえば、磁気誘導ワイヤレス電力伝送システムは、非共振磁気システム、共振磁気システム、高周波磁気誘導システムを含む。磁場（磁気誘導）ワイヤレス電力伝送システムは、磁気誘導結合を使用して送信器から受信器に電力を伝送するために、磁気コイルを使用する。電場も生成され得るが、電場誘導結合で伝送される電力は、存在するにしてもわずかである。

この実施形態では、磁場遮蔽ユニットは高周波磁気誘導ワイヤレス電力伝送システムを用いて実施される。別の実施形態では、システムは低周波磁気誘導ワイヤレス電力伝送システムである。別の実施形態では、システムは共振磁気誘導ワイヤレス電力伝送システムである。もう一つの実施形態では、システムは磁気誘導システムである。

次に図４Ａを見ると、本開示の一態様による、磁気誘導ワイヤレス電力伝送システムに用いる磁場遮蔽ユニット４３０または装置が示されている。この実施形態では、磁場遮蔽ユニット４３０は、１つの磁場遮蔽コイル４２２および導電性プレートすなわち導体４２６を備える。磁場遮蔽コイル４２２は、個別のキャパシタ４２８に電気的に接続されている。キャパシタ４２８は磁場遮蔽コイル４２２の外部にある。キャパシタ４２８は、磁場遮蔽コイル４２２の２つの端子にわたって電気的に接続されている。

磁場遮蔽コイル４２２は、送信コイル４１２が生成した磁場を強化または増加するように構成されている。具体的には、磁場遮蔽コイル４２２は、送信コイル４１２が生成した磁場の大きさを増加するように構成されている。導電性プレート４２６は、送信コイル４１２が生成した磁場を、受信コイルの、送信コイル４１２に対して全体的に反対の方向において、少なくとも部分的に減衰または阻止するように構成されている。導電性プレート４２６は、磁場遮蔽コイル４２２を包含するように寸法設定して配置されている。

本主題開示のために、導電性プレート４２６は、（ｉ）磁場遮蔽コイル４２２の周囲によって画定された領域を導電性プレート４２６の領域に投影すると、投影は導電性プレート４２６の領域に完全に収まる、（ｉｉ）磁場遮蔽コイル４２２の投影された領域が導電性プレート４２６の領域によって囲まれる、（ｉｉｉ）導電性プレート４２６の領域が、磁場遮蔽コイル４２２の周囲によって画定された全領域よりも、少なくとも磁場遮蔽コイル４２２と導電性プレート４２６との間の距離だけ大きい、といった状態のうち少なくとも１つが存在するとき、磁場遮蔽コイル４２２を包含すると言われる。

磁場遮蔽装置４３０は、磁場遮蔽コイル４２２によって形成された面が送信コイル４１２によって形成された面と平行になるように配置されている。また、磁場遮蔽コイル４２２によって形成された面は、導電性プレート４２６によって形成された面と平行である。導電性プレート４２６によって形成された面は、送信コイル４１２によって形成された面と平行である。したがって、コイル４１２、４２２およびプレート４２６によってそれぞれ形成された面は、すべて平行である。

コイル４１２、４２２およびプレート４２６のそれぞれの面のうちのいずれか１つが特定の要素の主オブジェクト面として定義され得る。

磁場遮蔽装置４３０は、磁場遮蔽コイル４２２が送信コイル４１２に対して受信コイルの反対側にくるように配置される。受信コイルは、送信コイル４１２が一部分を形成するワイヤレス電力伝送システムの一部である。磁場遮蔽装置４３０は、磁場遮蔽コイル４２２が送信コイル４１２の一方の側に隣接し、しかも受信コイルが送信コイル４１２のもう一方、反対側に隣接するように配置される。送信コイル４１２は遮蔽コイル４２２の一方の側に隣接し、導電性プレート４２６は遮蔽コイル４２２の他方の側に隣接する。

キャパシタ４２８は、磁場遮蔽コイル４２２の共振周波数を設定するように構成されている。磁場遮蔽コイル４２２は、ワイヤレス電力伝送システム２００の送信コイル４１２の動作周波数とは異なる周波数に同調される。磁場遮蔽コイル４２２は、送信コイル４１２の動作周波数よりも高い周波数に同調される。詳細には、キャパシタ４２８のキャパシタンスは、磁場遮蔽コイル４２２の共振周波数がワイヤレス電力伝送システム２００の動作周波数よりも高くなるように、次式で計算される。

磁場遮蔽コイル４３０は送信コイル４１２と同相である。磁場遮蔽コイル４２２を、送信コイル４１２よりも高い周波数に同調させると、遮蔽コイル４２２の電流が送信コイル４１２の電流と同相になって、１８０度位相外れにならないことが保証される。磁場遮蔽コイル４２２の周波数を送信コイル４１２の周波数よりも高くすると、磁場遮蔽コイル４２２の電流が送信コイル４１２の電流と同相になることが保証される。磁場遮蔽コイル４２２が送信コイル４１２と同じ周波数に同調されることはない。磁場遮蔽コイル４２２を送信コイル４１２の周波数に同調させると短絡負荷をもたらす可能性があり、その場合、磁場遮蔽ユニット４３０または装置が意図したように機能しない恐れがある。

その上、遮蔽コイル４２２の電流が送信コイル４１２の電流と同相であるので、送信コイル４１２の、磁気誘導システムのそれぞれの受信コイルと結合するために利用可能な磁場強度が増加する。これは、電流が１８０度位相外れである遮蔽または相殺するユニットまたはシステムと対照的である。位相外れシステムでは、遮蔽または相殺するユニットまたは相殺システムの結果として、受信コイルに結合される磁場の強度がより低くなる。これによって電力伝送効率が低下する。対照的に、遮蔽コイル４２２が同相電流を有すると電力伝送効率が改善される。

キャパシタ４２８のキャパシタンスは、送信コイル４１２と磁場遮蔽ユニット４３０または装置とのインピーダンスまたはリアクタンスが、磁場遮蔽ユニット４３０なしの送信コイル４１２のインピーダンスまたはリアクタンスと同一になるように選択される。詳細には、磁場遮蔽コイル４２２およびキャパシタ４２８は正味で正のリアクタンスをもたらし、導電性プレート４２６は負のリアクタンスをもたらす。キャパシタ４２８のキャパシタンスは、正味で正のリアクタンスが負のリアクタンスと等しくなるように選択される。そのため、正味でゼロのリアクタンスがあり得、磁場遮蔽ユニット４３０の有無によって送信コイル４１２のインピーダンスまたはリアクタンスが変化することはない。以下で説明されるように、キャパシタ４２８のキャパシタンスは以下に記述される式に従って選択される。詳細には、以下で説明されるように、キャパシタ４２８のキャパシタンスは、式（７）に基づいて選択される。

動作中、磁場遮蔽ユニット４３０は、受信コイルの反対側で送信コイル４１２の側に配置される。この実施形態では、送信コイル４１２は、別段明示されなければ、送信コイル２１２とまさに同一のものである。磁場遮蔽コイル４２２は、送信コイル４１２に由来するかまたは送信コイル４１２によって生成された、受信コイルに向かう磁場や、磁場遮蔽コイル４２２に対して、送信コイル４１２の反対側に配置された導電性プレート４２６に向かう磁場は強化し、送信コイル４１２に由来するかまたは送信コイル４１２によって生成された、導電性プレート４２６に向かう残留磁場または受信コイルから離れる残留磁場は減衰させる。導電性プレート４２６なしの磁場遮蔽コイル４２２を使用すると、磁場を強化するが、送信コイル４１２のインピーダンスも増加させてしまうことが理解されよう。その上、磁場遮蔽コイル４２２なしの導電性プレート４２６を使用すると、磁場を減衰するが、送信コイル４１２のインピーダンスも減少させてしまう。磁場遮蔽コイル４２２および導電性プレート４２６を使用すると、送信コイル４１２のインピーダンスは全体的に一定のままであることが保証される。磁場遮蔽コイル４２２の調整および配置、ならびに導電性プレート４２６は、磁場遮蔽ユニット４３０の有無によって送信コイル４１２のトータルインピーダンスが変化することのないように構成される。磁場遮蔽ユニット４３０のキャパシタ４２８のキャパシタンスは、送信コイル４１２のインピーダンスが不変のままであるように選択される。

磁場遮蔽ユニット４３０の数学モデルは、送信コイル４１２から見たインピーダンスから記述され得る。磁場遮蔽コイル４２２なしの送信コイル４１２または存在する受信コイル（図示せず）から見たインピーダンス（Ｚ_ＴＸ）は次式（１）で示される。

式中、ｒ_Ｌ１は送信コイル４１２の等価直列抵抗（ＥＳＲ）であり、ω_Ｌ１は送信コイル４１２のリアクタンスであり、ωは動作周波数（ｒａｄ／ｓ）であり、Ｌ_１は送信コイルのインダクタンスである。

前述のように、送信コイル４１２に接続されたインバータ回路（たとえばワイヤレス電力伝送システム２００を参照しながら説明されたＤＣ／ＡＣインバータ２１０）から見たインピーダンス（Ｚ_ＴＸ）の値は、磁場遮蔽ユニット４３０を付加する前後で不変であり、磁場遮蔽ユニット４３０の有無によって変化することはない。磁場遮蔽ユニット４３０の有無に関係なくインピーダンス値を一定に保つことにより、磁場遮蔽ユニット４３０が追加または除去されるときインバータ回路（たとえばＤＣ／ＡＣインバータ２１０）の再調整は不要であることが保証され、このことは、磁場相殺コイルの追加／除去の後にインバータを再調整しなければならない磁場相殺システムに対して非常に有利である。

ワイヤレス電力伝送システム２００に磁場遮蔽ユニット４３０を付加したとき、送信コイル４１２から見たインピーダンスは次式（２）で示される。

式中、Ｚ_ｒｅｆ２は、キャパシタＣを伴う、インダクタンスＬ_２を有する１つの磁場遮蔽コイル４２２の反射インピーダンスであり、Ｚ_ｇｎｄは、磁場遮蔽コイル４２２に対する導電性プレート４２６の反射インピーダンスである。

ワイヤレス電力伝送システムに磁場遮蔽ユニット４３０が追加されても送信コイル４１２のインピーダンス（Ｚ_ＴＸ）は不変であることを保証するためには、下記の式（３）に示されるようにＺ_ｇｎｄ＋Ｚ_ｒｅｆ２が０になる必要がある。
Ｚ_ｒｅｆ２＋Ｚ_ｇｎｄ＝０ （３）

上記の式は、反射インピーダンスとインピーダンスとの間の既知の関係に基づいて、コイルの反射インピーダンスとコイルのインピーダンスとの間の関係に基づいて、次式（４）のように展開され得る。

式中、Ｍ_１２は、（図４Ｅに示されているように）送信コイル４１２と磁場遮蔽コイル４２２との間の相互インダクタンスであり、Ｚ_２ｇｎｄは、導電性プレート４２６の、等価なＡＣ抵抗およびインダクタンスからの反射インピーダンスである。

接地面の抵抗およびインダクタンスは、送信コイル４１２と磁場遮蔽コイル４２２の相互インダクタンスと、位置および寸法とに依拠するものであることに留意されたい。電磁気の観点から、導電性プレート４２６は、導電性プレート４２６のインピーダンスを反射するためのミラーとして働く。導電性プレート４２６の反射インピーダンスは常に容量性であり、したがって、式（４）の第二項は負になる。したがって、この実施形態では、式（４）を満たすためには、式（４）の第一項は誘導性でなくてはならない。ここで、誘導性反射インピーダンスをもたらすために、Ｃの値が適用される。したがって、Ｃの値は、１つの磁場遮蔽コイル４２２からの反射インピーダンスＺ_ｒｅｆ２を正にするものであると、さらに結論付けられ得る。磁場遮蔽コイル４２２からの反射インピーダンスは、導電性プレート４２６の負の反射インピーダンスを相殺するために誘導性であり、磁場遮蔽コイル４２２の共振周波数がワイヤレス電力伝送システム２００の送信器４１２の動作周波数よりも高くなければならないことを意味する。

したがって、キャパシタ４２８のキャパシタンスは、特定のワイヤレス電力伝送システムの所与のパラメータ向けに、式（７）に従って選択される。

磁場遮蔽ユニット４３０を実装することにより、受信器の受信コイルに向かう磁場が磁場遮蔽コイル４２２によって少し減衰するという意図せぬ影響もある。磁場遮蔽ユニット４３０が非対称の磁場を生成するので、受信器の受信コイルに向かう磁場は減衰する。磁場が非対称であると、一般的には、遮蔽なしの磁場の強度と比較して磁場の強度が低下する。受信コイルに向かう磁場が減衰するので、１つの磁場遮蔽コイル４２２に流れる電流によって効率が低下する。犠牲となる効率は、送信コイル４１２から受信コイルへの電力伝送の効率で１％～５％の範囲の低下である。これは、相殺ユニットもしくは遮蔽ユニットを使用することによる効率低下または１８０度位相外れのシステムにおける効率低下と比較して軽微である。

次に磁場遮蔽ユニットの配置が説明される。次に図４Ｂを見ると、磁場遮蔽コイル４２２は、送信コイル４１２に対して、受信コイルの反対側に所定距離で配置されている。磁場遮蔽コイル４２２と送信器４１２との間の分離距離は、送信コイル４１２と受信コイル４２２との間で均一である。この実施形態では、送信コイル４１２と磁場遮蔽コイル４２２との間の距離（ｄ_１）は１２ｍｍである。導電性プレート４２６は磁場遮蔽コイル４２２から所定距離に配置される。この実施形態では、磁場遮蔽コイル４２２と導電性プレート４２６との間の距離（ｄ_２）は２２ｍｍである。この実施形態では、磁場遮蔽コイル４２２は、２回巻き、１５ｍｍのトラック幅、６．５ｍｍのトラック間隔、６５ｍｍの内側コイル半径、１０２．５ｍｍの外側コイル半径から成る。導電性プレート４２６は、たとえば銅、アルミニウム、鋼を含む、任意の導電材料から成るものでよい。この実施形態では、導電性プレート４２６は銅テープから成る。特定の磁場遮蔽コイルの構成を説明してきたが、当業者なら、磁場遮蔽コイルの構成は送信コイルの構成と同一である必要はなく、そのため、これらのコイルは、サイズ、形状、巻数、トラック幅、トラック間隔が異なり得、内側半径や外側半径もここで説明されたものとは異なり得ることを認識するであろう。

磁場遮蔽ユニット４３０の動作原理を確認するためにＦＥＭシミュレーションを実行した。この実施形態では、ＦＥＭシミュレーションは、２回巻き、１５ｍｍのトラック幅、６．５ｍｍのトラック間隔、６５ｍｍの内側コイル半径、１０２．５ｍｍの外側コイル半径から成る送信コイル４１２に基づくものである。この実施形態では、送信コイル４１２の電流は１Ａであり、送信コイル４１２の動作周波数は１３．５６ＭＨｚである。

当業者なら、より多い巻数またはより少ない巻数、別のトラック幅、別のトラック間隔、別の内側コイル半径または別の外側コイル半径を有する送信コイル４１２が使用されてよいことを認識するであろう。当業者なら、送信コイル４１２は、これらのシミュレーションについて説明された実施形態で示されたものとは異なる動作電流または動作周波数を有し得ることも認識するであろう。

次に図４Ｃおよび図４Ｄを見ると、送信コイル４１２に対して、受信コイルの反対側に配置された磁場遮蔽ユニット４３０または装置を有する送信コイル４１２のＦＥＭシミュレーションが示されている。この実施形態では、磁場遮蔽ユニット４３０は、送信コイル４１２の端子にわたって外部／個別キャパシタ４２８が接続されている１つの磁場遮蔽コイル４２２と、導電性プレート４２６とを備える。導電性プレートの寸法は、直径において、一般に送信コイルの外側半径や遮蔽コイルの外径よりも１０％～２５％大きい。この実施形態では、導電性プレートは銅から成り、寸法はおおよそ２４０ｍｍ×２４０ｍｍである。

この特定のシミュレーションについては、送信コイル４１２と第１の磁場遮蔽コイル４２２との間の距離（ｄ_１）は１２ｍｍである。磁場遮蔽コイル４２２と導電性プレート４２６との間の距離（ｄ_２）は２２ｍｍである。式（４）を参照して、キャパシタ４２８の値（Ｃ）は９３ｐＦである。図４Ｃは、送信コイル４１２に対して、受信コイルの反対側に磁場遮蔽ユニット４３０が配置されていると、このとき、送信コイル４１２から放射された磁場は、磁場遮蔽ユニット４３０により、送信コイル４１２の反対側から出るのを阻止されて、一方向のみとなることを示す。この単一コイルの磁場遮蔽ユニット４３０の構成については、距離（ｄ_１）と送信コイル４１２の外側半径との比は約１１．７％である。この比は、送信コイル４１２からの磁場遮蔽コイル４２２の距離を、送信コイル４１２のサイズに基づいて全体的に決定するために使用され得る。同様に、この単一コイルの磁場遮蔽ユニット４３０の構成については、距離（ｄ_２）と送信コイル４１２の外側半径との比は約２１．５％である。この比は、単一の磁場遮蔽コイル４２２からの導電性プレート４２６の距離を、送信コイル４１２のサイズに基づいて全体的に決定するために使用され得る。

図４Ｃが示すように、磁場は、送信コイルの頂部と底部から両方向に放射される。示されるように磁場遮蔽ユニット４３０が配置されていると、大部分の磁場は磁場遮蔽コイル４２２によって減衰され、残りの磁場は導電性プレート４２６において終結する。磁場遮蔽ユニット４３０を使用すると、磁場は磁場遮蔽ユニット４３０の前の送信コイル４１２のまわりの領域に制限され、したがって、磁場が送信コイル４１２のまわりの多様な方向に放射するのを防止する。磁場が、受信器に向かう意図された方向に伝搬するように制限されるので、磁場による電力の伝送がより安全になる。

図４Ｄは送信コイル４１２および磁場遮蔽コイル４２２の電流波形を示す。各電流は、送信コイル４１２の電流に対して正規化されている。磁場遮蔽コイル４２２の電流は、送信コイル４１２の電流と同相である。送信コイル４１２由来の残留磁場は導電性プレート４２６において終結する。図４Ｄに明瞭に示されるように、磁場遮蔽コイル４２２の正規化電流は、送信コイル４１２の正規化電流よりも常に小さい。磁場遮蔽コイル４２２の電流が、送信コイル４１２が生成した磁場を増加させることにより、ワイヤレス電力伝送および／またはワイヤレス電力伝送の効率が向上する。

図４Ｅは、本開示の一態様による磁場遮蔽ユニットの等価回路を示す。磁場遮蔽ユニットは、磁場遮蔽コイル４２２、キャパシタ４２８および導電性プレート４２６を備える。Ｌ_１は、送信コイル４１２または受信コイル（図示せず）のインダクタンスを表す。Ｌ_２は１つの磁場遮蔽コイル４２２のインダクタンスを表し、Ｃは、磁場遮蔽コイル４２２の端子にわたって接続された１つのキャパシタ４２８のキャパシタンスである。磁場遮蔽コイル４２２は、送信コイル４１２に対して、受信コイルの反対側に、所定距離で配置されている。導電性プレート４２６は、磁場遮蔽コイル４２２に対して、送信コイル４１２の反対側に、所定距離で配置されている。図４Ｅには、送信コイル４１２、磁場遮蔽コイル４２２、導電性プレート４２６の、それぞれの間の相互インダクタンスが示されている。

送信コイル４１２は、説明されたワイヤレス電力伝送システム２００の一部を形成し得る。ワイヤレス電力伝送システム２００はインバータ２１０を含み得る。インバータ２１０は、特許文献１に説明されているような電流モード出力（定電流出力）用に構成されてよく、この出願の関連部分は参照によって本明細書に組み込まれる。

１つの磁場遮蔽コイル４２２を有する装置４３０を説明してきたが、当業者なら、複数の磁場遮蔽コイル４２２を有する磁場遮蔽ユニット４３０の他の実施形態も可能であることを認識するであろう。たとえば、別の実施形態では、磁場遮蔽ユニットは２つの磁場遮蔽コイルを備える。磁場遮蔽ユニットに第２の磁場遮蔽コイルを追加すると磁場遮蔽ユニットの外形寸法（すなわち厚さ）は増加するが、磁場遮蔽ユニットは、より薄くより軽い導電性プレートを得て、より効率的になり、結果として重さが軽減し、ひいては、磁場遮蔽ユニットとともに実施される磁気誘導システムの重さも軽減するという付加利益がある。導電性プレートの厚さが縮小すると、磁場遮蔽ユニットの厚さも同じ量だけ縮小する。

次に図５Ａを見ると、本開示の一態様による、磁場遮蔽ユニット５３０を有する送信コイル５１２が示されている。送信コイル５１２は、別段明示されなければ、送信コイル４１２とまさに同一のものである。この実施形態では、磁場遮蔽ユニット５３０は、第１の磁場遮蔽コイル５２２、第２の磁場遮蔽コイル５２４および導電性プレート５２６を備える。第１の磁場遮蔽コイル５２２の２つの端子は、キャパシタ５２８に電気的に接続されている。キャパシタ５２８は第１の磁場遮蔽コイル５２２の外部にある。第２の磁場遮蔽コイル５２４の端子は、電気的に直接短絡されている。第２の磁場遮蔽コイル５２４の端子を互いに短絡すると、第２の磁場遮蔽コイル５２４の反射インピーダンスが容量性であることが保証される。

磁場遮蔽コイル５２２および５２４は、送信コイル５１２が生成した磁場を増加するように構成されている。導電性プレート５２６は、送信コイル５１２が生成した磁場を、受信コイルの、送信コイル４１２に対して全体的に反対の方向において、少なくとも部分的に減衰または阻止するように構成されている。導電性プレート５２６すなわち導体は、第１磁場遮蔽コイル５２２および第２の磁場遮蔽コイル５２４を包含するように寸法設定され、配置されている。第１の磁場遮蔽コイル５２２および第２の磁場遮蔽コイル５２４は、ワイヤレス電力伝送システム２００の送信コイル５１２の動作周波数とは異なる周波数に同調される。磁場遮蔽コイル５２２および５２４が送信コイル５１２と同じ周波数に同調されることはない。磁場遮蔽コイル５２２および５２４を送信コイル５１２の周波数に同調させると短絡負荷をもたらす可能性があり、その場合、磁場遮蔽ユニット５３０が意図したように機能しない恐れがある。第１の磁場遮蔽コイル５２２と第２の磁場遮蔽コイル５２４とは、それぞれ異なる周波数に同調され得る。それぞれの周波数が、送信コイル５１２の動作周波数とは異なり得る。第１の磁場遮蔽コイル５２２と第２の磁場遮蔽コイル５２４とをそれぞれ異なる周波数に同調させると、磁場遮蔽コイル５２２および５２４に流れる電圧および電流の柔軟性が向上し得る。この実施形態では、第１の磁場遮蔽コイル５２２および第２の磁場遮蔽コイル５２４は、送信コイル５１２の動作周波数よりも高い周波数に同調される。

第１の磁場遮蔽コイル５２２は、送信コイル５１２から所定距離に配置されている。第２の磁場遮蔽コイル５２４は、第１の磁場遮蔽コイル５２２から所定距離に配置されている。この実施形態では、第１の磁場遮蔽コイル５２２と第２の磁場遮蔽コイル５２４との間の距離は１５ｍｍである。導電性プレート５２６は第２の磁場遮蔽コイル５２４から所定距離に配置されている。

磁場遮蔽ユニットすなわち装置５３０は、第１の磁場遮蔽コイル５２２によって形成された面が送信コイル５１２によって形成された面と平行になるように配置されている。また、第１の磁場遮蔽コイル５２２によって形成された面は、第２の磁場遮蔽コイル５２４によって形成された面と平行である。第２の磁場遮蔽コイル５２４によって形成された面は、導電性プレート５２６によって形成された面と平行である。したがって、送信コイル５１２、第１の磁場遮蔽コイル５２２、第２の磁場遮蔽コイル５２４および導電性プレート５２６によってそれぞれ形成された面は、すべて平行である。送信コイル５１２、第１の磁場遮蔽コイル５２２、第２の磁場遮蔽コイル５２４および導電性プレート５２６によってそれぞれ形成された面のうちいずれか１つが、特定の要素の主オブジェクト面と定義され得る。

第１の磁場遮蔽コイル５２２は送信コイル５１２の一方の側に隣接し、受信コイルは送信コイル５１２のもう一方、反対側に隣接する。送信コイル５１２は第１の磁場遮蔽コイル５２２の一方の側に隣接し、第２の磁場遮蔽コイル５２４は第１の磁場遮蔽コイル５２２のもう一方、反対側に隣接する。第１の磁場遮蔽コイル５２２は第２の磁場遮蔽コイル５２４の一方の側に隣接し、導電性プレート５２６は第２の磁場遮蔽コイル５２４の他方の側に隣接する。

この実施形態では、第２の磁場遮蔽コイル５２４と導電性プレート５２６との間の距離（ｄ_３）は７ｍｍである。導電性プレート５２６は、たとえば銅、アルミニウム、鋼を含む、任意の導電材料から成るものでよい。この実施形態では、導電性プレート５２６は銅フォイルから成る。

第１の磁場遮蔽コイル５２２および第２の磁場遮蔽コイル５２４の調整および配置、ならびに導電性プレート５２６は、磁場遮蔽ユニット５３０の有無によって送信コイル５１２のトータルインピーダンスが変化することのないように構成されている。

たとえば、一実施形態では、送信コイル５１２は、第１の磁場遮蔽コイル５２２、第２の磁場遮蔽コイル５２４、および導電性プレート５２６に対して１μＨのインダクタンスを有する。磁場遮蔽ユニット５３０が第１の磁場遮蔽コイル５２２および第２の磁場遮蔽コイル５２４を備え、送信コイル５１２の近くに導電性プレート５２６が配置されているとき、送信コイル５１２のインダクタンスは１μＨにとどまる。キャパシタ５２８のキャパシタンスは、磁場遮蔽ユニット５３０の有無によって送信コイル５１２のインダクタンスが変化することのないように選択されている。インダクタンスが不変であるので、インピーダンスも不変である。言い換えれば、磁場遮蔽ユニット５３０を導入してもインピーダンスに影響はない。

図５Ｂは、第１の磁場遮蔽コイル５２２、第２の磁場遮蔽コイル５２４、および導電性プレート５２６の例示の構成を、送信コイル５１２に関連して、より詳細に示すものである。この実施形態では、磁場遮蔽コイル５２２は送信コイル５１２から１２ｍｍのところに配置されている。磁場遮蔽コイル５２２は、キャパシタ５２８に電気的に接続されている。キャパシタ５２８は、第１の磁場遮蔽コイル５２２の端子にわたって接続されている。キャパシタ５２８は１３２ｐＦのキャパシタンスを有する。この実施形態では、第２の磁場遮蔽コイル５２４は第１の磁場遮蔽コイル５２２から１５ｍｍのところに配置されている。第２の磁場遮蔽コイル５２４の端子は、容量性反射インピーダンスをもたらすために互いに電気的に短絡されている。この実施形態では、導電性プレート５２６は、第２の磁場遮蔽コイル５２４から所定距離に配置されている。この実施形態では、第２の磁場遮蔽コイル５２４と導電性プレートとの間の所定距離は７ｍｍである。

次に図５Ｃおよび図５Ｄを見ると、送信コイル５１２に対して、受信コイルの反対側に配置された磁場遮蔽ユニット５３０を有する送信コイル５１２のＦＥＭシミュレーションが示されている。この実施形態では、磁場遮蔽ユニット５３０は、第１の磁場遮蔽コイル５２２の端子にわたって外部／個別キャパシタ５２８が接続されている第１の磁場遮蔽コイル５２２と、容量性反射インピーダンスをもたらすために第２の磁場遮蔽コイルの２つの端子が互いに電気的に短絡されている第２の磁場遮蔽コイル５２４と、導電性プレート５２６とを備える。導電性プレート５２６は、別段明示されなければ、導電性プレート４２６とまさに同一のものである。

これらの特定のシミュレーションのために、送信コイル５１２と第１の磁場遮蔽コイル５２２との間の距離（ｄ_１）は１２ｍｍである。第１の磁場遮蔽コイル５２２と第２の磁場遮蔽コイル５２４との間の距離（ｄ_２）は１５ｍｍである。第２の磁場遮蔽コイル５２４と導電性プレート５２６との間の距離（ｄ_３）は７ｍｍである。下記の式（７）を参照して、キャパシタ４２８の値（Ｃ）は１３２ｐＦである。図５Ｃは、送信コイル５１２に対して、受信コイルの反対側に磁場遮蔽ユニット５３０が配置されていると、このとき、送信コイル５１２から放射された磁場は、磁場遮蔽ユニット５３０により、送信コイル５１２の反対側から出るのを阻止されて、一方向のみとなることを示す。この、２つのコイルと１つのキャパシタの磁場遮蔽ユニット５３０の構成については、距離（ｄ_１）と送信コイル５１２の外側半径との比は約１１．７％である。この比は、送信コイル５１２からの第１の磁場遮蔽コイル５２２の距離を、送信コイル５１２のサイズに基づいて全体的に決定するために使用され得る。この、２つのコイルと１つのキャパシタの磁場遮蔽ユニット５３０の構成については、距離（ｄ_２）と送信コイル５１２の外側半径との比は約１４．６％である。この比は、第１の磁場遮蔽コイル５２２からの第２の磁場遮蔽コイル５２４の距離を、送信コイル５１２のサイズに基づいて全体的に決定するために使用され得る。この、２つのコイルと１つのキャパシタの磁場遮蔽ユニット５３０の構成については、距離（ｄ_３）と送信コイル５１２の外側半径との比は約６．８３％である。この比は、第２の磁場遮蔽コイル５２４からの導電性プレート５２６の距離を、送信コイル５１２のサイズに基づいて全体的に決定するために使用され得る。（ｄ_２）および（ｄ_３）の各比率は、合算すると、１つのコイルの磁場遮蔽ユニット４３０の構成における距離（ｄ_２）に略等しくなる。この実施形態では、磁場遮蔽コイルは、２回巻き、１５ｍｍのトラック幅、６．５ｍｍのトラック間隔、６５ｍｍの内側コイル半径、１０２．５ｍｍの外側コイル半径から成る。導電性プレート５２６は、たとえば銅、アルミニウム、鋼を含む、任意の導電材料から成るものでよい。この実施形態では、導電性プレート５２６は銅テープから成る。この実施形態では、磁場遮蔽コイルは、２回巻き、１５ｍｍのトラック幅、６．５ｍｍのトラック間隔、６５ｍｍの内側コイル半径、１０２．５ｍｍの外側コイル半径から成る。特定の磁場遮蔽コイルの構成を説明してきたが、当業者なら、磁場遮蔽コイルの構成は送信コイルの構成と同一である必要はなく、そのため、これらのコイルは、サイズ、形状、巻数、トラック幅、トラック間隔が異なり得、内側半径や外側半径もここで説明されたものとは異なり得ることを認識するであろう。

図５Ｃは、この実施形態では、図５Ａの磁場遮蔽ユニット５３０に関して以前に説明された磁気誘導システムであるワイヤレス電力伝送システムの、送信コイル５１２の磁場プロットを示す。送信コイル５１２は、円形線で示された磁場を伴って示されている。示されるように、磁場は、コイルから頂部と底部の両方向に放射される。磁場遮蔽ユニット５３０が図示のように配置されていると、第１の磁場遮蔽コイル５２２および第２の磁場遮蔽コイル５２４によって磁場が減衰され、導電性プレート５２６においてあらゆる残留磁場が終結する。磁場遮蔽ユニット５３０を使用すると、磁場は磁場遮蔽ユニット５３０の前の送信コイル５１２のまわりの領域に制限され、したがって、磁場が送信コイル５１２のまわりの多様な方向に放射するのを防止する。磁場遮蔽ユニット５３０を使用することによって、磁場が、受信器に向かう意図された方向に伝搬するように構成されるので、磁場による電力の伝送がより安全になる。

図５Ｄは、送信コイル５１２、第１の遮蔽コイル５２２、および第２の遮蔽コイル５２４のそれぞれの電流波形を示す。各電流は、送信コイル５１２の電流に対して正規化されている。遮蔽コイル５２２および５２４の各電流は、送信コイル５１２の電流と同相である。

図５Ｅは、２つの磁場遮蔽コイル５２２および５２４と導電性プレート５２６とを備える磁場遮蔽ユニット５３０の構成の等価回路を示す。第１の磁場遮蔽コイル５２２の端子にわたって、１つの個別／外部キャパシタ５２８が接続されている。キャパシタ５２８は、第１の磁場遮蔽コイル５２２の共振周波数を設定するように使用される。第２の磁場遮蔽コイル５２４の端子は、容量性反射インピーダンス（Ｚ_ｒｅｆ３）をもたらすように互いに短絡されている。Ｌ_３は第２の磁場遮蔽コイル５２４のインダクタンスを表す。

１つのコイルの磁場遮蔽ユニット４３０の構成に対する２つのコイルの磁場遮蔽ユニット５３０の構成の付加的利点には、ここでは、導電性プレート５２６が、１つのコイルの磁場遮蔽ユニット４３０における導電性プレート４２６よりもはるかに薄く、可能性としてより軽くなり得ることがある。導電性プレート５２６に流れない電流の大部分は、このとき第２の磁場遮蔽コイル５２４に導かれ、したがって導電性プレート４２６がより薄くなり得る。加えて、合計の伝導損失が低減される。これは、導電材料の厚いスラブの代わりに銅またはアルミホイルなどの薄い導電性プレートが使用され得ることを意味する。磁場遮蔽ユニット５３０のうち最も割高で最も重い部分は導電性プレート５２６であるので、第２の磁場遮蔽コイル５２４を付加することによって導電性プレート５２６をより薄くすることが可能になり、付加された第２のコイル５２４の重さと比べれば磁場遮蔽ユニット５３０がより軽くなる。第２のコイル５２４を付加すると、導電性プレート５２６のコストが低下し、ひいては磁場遮蔽ユニット５３０のコストが低下するという利益も得られる。

図５Ｅは、第１の磁場遮蔽コイル５２２および１つのキャパシタ５２８、ならびに第２の磁場遮蔽コイル５２４を有する磁場遮蔽ユニット５３０の等価回路を示す。送信コイル５１２から見た反射インピーダンス（Ｚ_ＴＸ）は、次の式（５）で示される。
Ｚ_ＴＸ＝ｒ_ＴＸ＋ｊωＬ_１＋Ｚ_ｒｅｆ２＋Ｚ_ｒｅｆ３＋Ｚ_１ｇｎｄ （５）

ここで、式（５）は第２の磁場遮蔽コイル５２４の反射インピーダンスＺ_ｒｅｆ３を含む。同様に、送信コイル５１２に対して、受信コイルの反対側に磁場遮蔽ユニット５３０を付加するとき、送信コイル５１２のインピーダンス（Ｚ_ＴＸ）は、式（６）に示されるように、磁場遮蔽ユニットの付加の前後で同一でなければならない。
Ｚ_ｒｅｆ２＋Ｚ_ｒｅｆ３＋Ｚ_１ｇｎｄ＝０ （６）

式（６）は、次式（７）に展開され得る。

第２の磁場遮蔽コイル５２４の端子は、容量性反射インピーダンスをもたらすように互いに短絡されているので、第２の磁場遮蔽コイル５２４の反射インピーダンスＺ_ｒｅｆ３は容量性である。導電性プレートの反射インピーダンスは常に容量性であり、これは、式（７）の第二項および第三項が負であることを意味する。したがって、式（７）を満たすためには、式（７）の第一項は誘導性である。ここで、Ｃの値は、誘導性反射インピーダンスをもたらすために重要である。以前の構成に似て、結論は次のようになる。第２の磁場遮蔽コイル５２４および導電性プレート５２６からの負の反射インピーダンスを相殺するために、Ｃの値が、第１の磁場遮蔽コイル５２２からの反射インピーダンスＺ_ｒｅｆ２を正に（すなわち誘導性に）する。これは、インダクタンスＬ_２を有する第１の磁場遮蔽コイル５２２の共振周波数が、この実施形態では磁気誘導システムであるワイヤレス電力伝送システムの送信コイル５１２の動作周波数よりも高くなければならないことを意味する。

磁場遮蔽ユニット５３０を実装することにより、受信器の受信コイルに向かう磁場が、磁場遮蔽コイル５２２および５２４によって少し減衰するという意図せぬ影響もある。受信コイルに向かう磁場が減衰するので、第１の磁場遮蔽コイル５２２および第２の磁場遮蔽コイル５２４に流れる各電流によって効率が低下する。犠牲となる効率は、送信コイル５１２から受信コイルへの電力伝送の効率で１％～５％の範囲の低下である。これは、相殺ユニットもしくは遮蔽ユニットを使用することによる効率低下または１８０度位相外れのシステムにおける効率低下と比較して軽微である。

図４Ｅと同様に、図５Ｅに表された送信コイル５１２は、説明されたワイヤレス電力伝送システム２００の一部を形成し得る。ワイヤレス電力伝送システム２００はインバータ２１０を含み得る。インバータ２１０は、上記本願に組み込まれた特許文献１で説明されている電流モード出力（定電流出力）用に構成され得る。

図６Ａは、本開示の一態様による、磁場遮蔽ユニット６３０を有する送信コイル６１２を示す。送信コイル６１２は、別段明示されなければ、送信コイル５１２とまさに同一のものである。この実施形態では、磁場遮蔽ユニット６３０は、第１の磁場遮蔽コイル６２２、第２の磁場遮蔽コイル６２４、および導電性プレート６２６を備える。第１の磁場遮蔽コイル６２２および第２の磁場遮蔽コイル６２４は、それぞれ、ワイヤレス電力伝送システム２００の送信コイル６１２の動作周波数とは異なる周波数に同調される。第１の磁場遮蔽コイル６２２および第２の磁場遮蔽コイル６２４が送信コイル６１２と同じ周波数に同調されることはない。第１の磁場遮蔽コイル６２２および第２の磁場遮蔽コイル６２４を送信コイル６１２の周波数に同調させると短絡負荷をもたらす可能性があり、その場合、磁場遮蔽ユニット６３０が意図したように機能しない恐れがある。この実施形態では、第１の磁場遮蔽コイル６２２および第２の磁場遮蔽コイル６２４は、送信コイル６１２の動作周波数よりも高い周波数に同調される。導電性プレート６２６は、たとえば銅、アルミニウム、鋼を含む、任意の導電材料から成るものでよい。この実施形態では、導電性プレート６２６は銅フォイルから成る。

第１の磁場遮蔽コイル６２２は、送信コイル６１２に対して、受信コイルの反対側に所定距離で配置されている。第２の磁場遮蔽コイル６２４は、第１の磁場遮蔽コイル６２２に対して、送信コイル６１２の反対側に所定距離で配置されている。第１の磁場遮蔽コイル６２２および第２の磁場遮蔽コイル６２４によってまだ相殺されていないあらゆる残留磁場を完全に減衰または阻止するために、第１の磁場遮蔽コイル６２２および第２の磁場遮蔽コイル６２４に対して、送信コイル６１２の反対側に導電性プレート６２６が配置されている。受信コイルにも同じ構成が適用され得る。

第１の磁場遮蔽コイル６２２および第２の磁場遮蔽コイル６２４の調整および配置、ならびに導電性プレート６２６は、磁場遮蔽ユニット６３０の有無によって送信コイル６１２のトータルインピーダンスが変化することのないように構成されている。

たとえば、一実施形態では、送信コイル６１２は、第１の磁場遮蔽コイル６２２、第２の磁場遮蔽コイル６２４、および導電性プレート６２６に対して１μＨのインダクタンスを有する。磁場遮蔽ユニット６３０が第１の磁場遮蔽コイル６２２および第２の磁場遮蔽コイル６２４を備え、送信コイル６１２の近くに導電性プレート６２６が配置されているとき、送信コイル６１２のインダクタンスは１μＨにとどまる。インダクタンスが不変であるので、インピーダンスも不変である。言い換えれば、磁場遮蔽ユニット６３０を導入してもインピーダンスに影響はない。

第１の磁場遮蔽コイル６２２の端子にわたって個別／外部キャパシタ６２８が接続されており、第２の磁場遮蔽コイル６２４の端子にわたって個別／外部キャパシタ６２９が接続されている。キャパシタ６２８および６２９の主な目的は、第１の磁場遮蔽コイル６２２および第２の磁場遮蔽コイル６２４のそれぞれのインピーダンスおよび共振周波数を設定することである。第１の磁場遮蔽コイル６２２の端子にわたって電気的に接続されたキャパシタ６２８および第２の磁場遮蔽コイル６２４の端子にわたって電気的に接続されたキャパシタ６２９を使用するこの構成と、以前の２つの、磁場遮蔽ユニット４３０の構成や磁場遮蔽ユニット５３０の構成との間には、図６Ａの構成では、送信コイル６１２に反射されるインピーダンスに対する制御性が向上し、したがって、磁場遮蔽ユニット６３０をより薄く、よりコンパクトにすることができ、ここにおいて、第１の磁場遮蔽コイル６２２および第２の磁場遮蔽コイル６２４ならびに導電性プレート６２６が送信コイル６１２のすぐ近くに配置され得、したがって磁場遮蔽ユニット６３０の最大寸法を縮小する一方で、フェライトなどの従来の磁場遮蔽材料と比較して、磁場遮蔽ユニットの、したがってシステムの全体の、性能を維持しながら重量を軽減する、という差がある。

図６Ｂは、送信コイル６１２に対する、第１の磁場遮蔽コイル６２２および第２の磁場遮蔽コイル６２４の例示の構成、ならびに導電性プレート６２６の端面図を示すものである。この実施形態では、第１の磁場遮蔽コイル６２２は、送信コイル６１２に対して、受信コイルの反対側の１２ｍｍのところに配置されている。第１の磁場遮蔽コイル６２２は、第１のキャパシタ６２８に電気的に接続されている。第１のキャパシタ６２８は、第１の磁場遮蔽コイル６２２の端子にわたって接続されている。この実施形態では、第１のキャパシタ６２８は８９ｐＦのキャパシタンスを有する。この実施形態では、第２の磁場遮蔽コイル６２４は、第１の磁場遮蔽コイル６２２に対して、送信コイル６１２の反対側の１５ｍｍのところに配置されている。第２の磁場遮蔽コイル６２４は、第２のキャパシタ６２９に電気的に接続されている。第２のキャパシタ６２９は、第２の磁場遮蔽コイル６２４の端子にわたって接続されている。この実施形態では、第２のキャパシタ６２９は８９ｐＦのキャパシタンスを有する。この実施形態では、導電性プレート６２６は、第２の磁場遮蔽コイル６２４に対して、第１の遮蔽コイルの反対側に７ｍｍの所定距離で配置されている。この実施形態では、それぞれの磁場遮蔽コイル６２２および６２４は、２回巻き、１５ｍｍのトラック幅、６．５ｍｍのトラック間隔、６５ｍｍの内側コイル半径、１０２．５ｍｍの外側コイル半径から成る。導電性プレート６２６は、たとえば銅、アルミニウム、鋼を含む、任意の導電材料から成るものでよい。この実施形態では、導電性プレート６２６は銅テープから成る。特定の磁場遮蔽コイルの構成を説明してきたが、当業者なら、磁場遮蔽コイルの構成は送信コイルの構成と同一である必要はなく、そのため、これらのコイルは、サイズ、形状、巻数、トラック幅、トラック間隔が異なり得、内側半径や外側半径もここで説明されたものとは異なり得ることを認識するであろう。

次に図６Ｃおよび図６Ｄを見ると、送信コイル６１２に対して、受信コイルの反対側に配置された磁場遮蔽ユニット６３０を有する送信コイル６１２のＦＥＭシミュレーションが示されている。この実施形態では、磁場遮蔽ユニット６３０は、その端子にわたって第１の個別／外部キャパシタ６２８を接続された第１の磁場遮蔽コイル６２２と、その端子にわたって第２の個別／外部キャパシタ６２９を接続された第２の磁場遮蔽コイル６２４と、導電性プレート６２６とを備える。導電性プレート６２６は、別段明示されなければ、導電性プレート５２６とまさに同一のものである。

これらの特定のシミュレーションのために、送信コイル６１２と第１の磁場遮蔽コイル６２２との間の距離（ｄ_１）は１２ｍｍである。第１の磁場遮蔽コイル６２２と第２の磁場遮蔽コイル６２４との間の距離（ｄ_２）は１５ｍｍである。第２の磁場遮蔽コイル６２４と導電性プレート６２６との間の距離（ｄ_３）は７ｍｍである。この実施形態に関する下記の式（１０）を参照して、第１のキャパシタ６２８の値（Ｃ_１）は８９ｐＦである。

この、２つのコイルと２つのキャパシタの磁場遮蔽ユニット６３０の構成については、距離（ｄ_１）と送信コイル６１２の外側半径との比は約１１．７％である。この比は、送信コイル６１２からの第１の磁場遮蔽コイル６２２の距離を、送信コイル６１２のサイズに基づいて全体的に決定するために使用され得る。この、２つのコイルと２つのキャパシタの磁場遮蔽ユニット６３０の構成については、距離（ｄ_２）と送信コイル６１２の外側半径との比は約１４．６％である。この比は、第１の磁場遮蔽コイル６２２からの第２の磁場遮蔽コイル６２４の距離を、送信コイル６１２のサイズに基づいて全体的に決定するために使用され得る。この、２つのコイルと２つのキャパシタの磁場遮蔽ユニット６３０の構成については、距離（ｄ_３）と送信コイル６１２の外側半径との比は約６．８３％である。この比は、第２の磁場遮蔽コイル６２４からの導電性プレート６２６の距離を、送信コイル６１２のサイズに基づいて全体的に決定するために使用され得る。

図６Ｃは、この実施形態では、図６Ａの磁場遮蔽ユニット６３０を有する磁気誘導システムであるワイヤレス電力伝送システムの、送信コイル６１２の磁場プロットを示す。送信コイル６１２は、円形線で示された磁場を伴って示されている。示されるように、磁場は、コイルから頂部と底部の両方向に放射される。磁場遮蔽ユニット６３０が図示のように配置されていると、第１の磁場遮蔽コイル６２２および第２の磁場遮蔽コイル６２４によって磁場が減衰され、導電性プレート６２６においてあらゆる残留磁場が終結する。磁場遮蔽ユニット６３０を使用すると、磁場は磁場遮蔽ユニット６３０の前の送信コイル６１２のまわりの領域に制限され、したがって、磁場が送信コイル６１２のまわりの多様な方向に放射するのを防止する。磁場遮蔽ユニット６３０を使用することによって、磁場が、受信器に向かう意図された方向に伝搬するように制限されるので、磁場による電力の伝送がより安全になる。

図６Ｄは、送信コイル６１２、第１の遮蔽コイル６２２、および第２の遮蔽コイル６２４のそれぞれの電流波形を示す。各電流は、送信コイル６１２の電流に対して正規化されている。第１の遮蔽コイル６２２および第２の遮蔽コイル６２４の各電流は、送信コイル６１２の電流と同相である。

図６Ｅは、第１の磁場遮蔽コイル６２２と、第２の磁場遮蔽コイル６２４と、送信コイル６１２に対して、受信コイルの反対側に配置された導電性プレート６２６とから成る磁場遮蔽ユニット６３０の例示の図解を示す。この実施形態では、コイルはプリント回路基板（ＰＣＢ）コイルである。磁場遮蔽ユニット６３０を、送信コイル６１２に対して、受信コイルの反対側に配置する特定の実施形態を説明してきたが、当業者なら、同じ図が、この実施形態では磁気誘導システムであるワイヤレス電力伝送システムの、受信コイルに対して、送信コイル６１２の反対側に配置された磁場遮蔽ユニット６３０をも説明し得ることを認識するであろう。

図４Ｅと同様に、図６Ｅに表された送信コイル６１２は、説明されたワイヤレス電力伝送システム２００の一部を形成し得る。ワイヤレス電力伝送システム２００はインバータ２１０を含み得る。インバータ２１０は、上記本願に組み込まれた特許文献１で説明されている電流モード出力（定電流出力）用に構成され得る。

図６Ｆは、第１の磁場遮蔽コイル６２２、第２の磁場遮蔽コイル６２４、および２つのキャパシタ６２８、６２９を有する磁場遮蔽ユニット６３０に対する等価回路を示す。

送信コイル６１２から見た反射インピーダンスは次式となる。
Ｚ_ＴＸ＝ｒ_ＴＸ＋ｊωＬ_１＋Ｚ_ｒｅｆ２＋Ｚ_ｒｅｆ３＋Ｚ_１ｇｎｄ （８）

この反射インピーダンスは以前の構成と類似である。また、次式で表される同一の基準が満たされるべきである。
Ｚ_ｒｅｆ２＋Ｚ_ｒｅｆ３＋Ｚ_１ｇｎｄ＝０ （９）

しかしながら、ここで式（９）を展開すると次式となる。

ここで、式（１０）において、第一項および第二項は、Ｃ_１およびＣ_２の値を調節することによって制御され得ることが認められ得る。そこで、以下のように結論することができる。

Ｃ_１およびＣ_２の値によって、第１の磁場遮蔽コイル６２２からの反射インピーダンスＺ_ｒｅｆ２および第２の磁場遮蔽コイル６２４からの反射インピーダンスＺ_ｒｅｆ３が正すなわち誘導性になり、導電性プレート６２６の負の反射インピーダンスを相殺する。これは、第１の磁場遮蔽コイル６２２および第２の磁場遮蔽コイル６２４の共振周波数が、この実施形態では磁気誘導システムであるワイヤレス電力伝送システムの送信コイル６１２の動作周波数よりも高くなければならないことを意味する。

この実施形態では、磁場遮蔽ユニット６３０は、送信コイル６１２における受信コイルの反対側の磁場強度を減衰させるように配置された第１の磁場遮蔽コイル６２２および第２の磁場遮蔽コイル６２４を備え、そこで、あらゆる残留磁場を除去するために、磁場遮蔽コイル６２２および６２４に対して、送信コイル６１２の反対側に導電性プレート６２６が付加される。磁場遮蔽ユニット６３０を実装することにより、受信器の受信コイルに向かう磁場が、磁場遮蔽コイル６２２および６２４によって少し減衰するという意図せぬ影響もある。受信コイルに向かう磁場が減衰するので、第１の磁場遮蔽コイル６２２および第２の磁場遮蔽コイル６２４に流れる各電流によって効率が低下する。犠牲となる効率は、送信コイル６１２から受信コイルへの電力伝送の効率で１％～５％の範囲の低下である。これは、相殺ユニットもしくは遮蔽ユニットを使用することによる効率低下または１８０度位相外れのシステムにおける効率低下と比較して軽微である。

特定のワイヤレス電力伝送システムとともに用いる磁場遮蔽ユニットの様々な構成を説明してきたが、当業者なら、種々のワイヤレス電力システムが、様々な磁場遮蔽ユニット構成とともに使用され得ることを認識するであろう。たとえば、以前に説明されたワイヤレス電力システム２００は非共振システム備えてよく、ここにおいて、送信器２０２および受信器２０４は非自己共振であり、かつ／または共振周波数で動作することはない。ワイヤレス電力伝送システム２００は共振システムを備えてよく、ここにおいて、送信器２０２と受信器２０４との両方が自己共振であり、かつ／または同一の共振周波数で動作する。ワイヤレス電力伝送システム２００は、上記本願に組み込まれた特許文献１に説明されているように、高周波誘導ワイヤレス電力伝送システムを備え得る。

さらに、磁場遮蔽ユニットの特定の実施形態を説明してきたが、当業者なら、他の実施形態および構成も可能であることを認識するであろう。たとえば本明細書で説明した実施形態はワイヤレス電力伝送システムの送信コイルに関するものであるが、当業者なら、開示された磁場遮蔽ユニットの構成はワイヤレス電力伝送システムにおける受信コイルにも適用され得、開示された様々な磁場遮蔽ユニットを用いる受信器のそのような実施形態には、本明細書で開示された図や説明が対応することを認識するであろう。ワイヤレス電力伝送システムは磁気誘導システムまたは共振磁気システムでよい。

磁場遮蔽ユニット４３０または装置を説明してきたが、当業者なら、その他の実施形態が可能であることを理解するであろう。図７を見ると、磁気誘導ワイヤレス電力伝送システムに用いる装置１４３０が示されている。装置１４３０は、磁気誘導ワイヤレス電力伝送システムのアクティブコイルが生成した磁場を増加するためのものである。この磁気誘導ワイヤレス電力伝送システムは、説明されたワイヤレス電力伝送システム２００でよい。

図示の機構では、装置１４３０は１つのブースタコイル１４２２および導電性プレート１４２６を備える。ブースタコイル１４２２は、個別のキャパシタ１４２８に電気的に接続されている。キャパシタ１４２８はブースタコイル１４２２の外部にある。キャパシタ１４２８は、ブースタコイル１４２２の２つの端子にわたって電気的に接続されている。

ブースタコイル１４２２は、磁気誘導ワイヤレス電力伝送システムの送信コイル１４１２が生成した磁場を強化または増加するように構成されている。具体的には、ブースタコイル１４２２は、送信コイル１４１２が生成した磁場の大きさを増加するように構成されている。導電性プレート１４２６は、送信コイル１４１２が生成した磁場を、受信コイルの、送信コイル１４１２に対して全体的に反対の方向において、少なくとも部分的に減衰または阻止するように構成されている。導電性プレート１４２６すなわち導体は、ブースタコイル１４２２を包含するように寸法設定して配置されている。

本主題開示のために、導電性プレート１４２６は、（ｉ）ブースタコイル１４２２の周囲によって画定された領域を導電性プレート１４２６の領域に投影すると、投影は導電性プレート１４２６の領域に完全に収まる、（ｉｉ）ブースタコイル１４２２の投影された領域が導電性プレート１４２６の領域によって囲まれる、（ｉｉｉ）導電性プレート１４２６の領域が、ブースタコイル１４２２の周囲によって画定された全領域よりも、少なくともブースタコイル１４２２と導電性プレート１４２６との間の距離だけ大きい、といった状態のうち少なくとも１つが存在するとき、ブースタコイル１４２２を包含すると言われる。

図示の機構では、導電性プレート１４２６は細長いプレートである。導電性プレート１４２６は、たとえば銅、アルミニウム、鋼を含む、任意の導電材料から成るものでよい。

図示の機構では、ブースタコイル１４２２は送信コイル１４１２と同一の構成を有する。ブースタコイル１４２２は送信コイル１４１２と同一の寸法、サイズおよび形状を有する。

装置１４３０は、送信コイル１４１２に対してブースタコイル１４２２が受信コイルの反対側にくるように配置される。受信コイルは、送信コイル１４１２が一部分を形成するワイヤレス電力伝送システムの一部である。磁場装置１４３０は、ブースタコイル１４２２が送信コイル１４１２の一方の側に隣接し、受信コイルが送信コイル１４１２のもう一方、反対側に隣接するように配置されている。送信コイル１４１２はブースタコイル１４２２の一方の側に隣接し、導電性プレート１４２６はブースタコイル１４２２の他方の側に隣接する。

磁場装置１４３０は、磁場遮蔽コイル１４２２によって形成された面が送信コイル１４１２によって形成された面と平行になるように配置されている。また、磁場遮蔽コイル１４２２によって形成された面は、導電性プレート１４２６によって形成された面と平行である。導電性プレート１４２６によって形成された面は、送信コイル１４１２によって形成された面と平行である。したがって、送信コイル１４１２、ブースタコイル１４２２および導電性プレート１４２６によって形成された面は、すべて平行である。送信コイル１４１２、ブースタコイル１４２２および導電性プレート１４２６のそれぞれの面のうちのいずれか１つが特定の要素の主オブジェクト面として定義され得る。

導電性プレート１４２６を備える装置１４３０が示されているが、当業者なら、その他の構成が可能であることを理解するはずである。別の実施形態では、装置１４３０は、説明された導電性プレート１４２６を備えない。

ブースタコイル１４２２およびキャパシタ１４２８は、装置１４３０を導入しても送信コイル１４１２の電流が略不変であるように構成されている。たとえば、送信コイル１４１２の電流は、装置１４３０の導入前が略１Ａであれば、装置１４３０の導入後も、送信コイル１４１２の電流は、引き続き略１Ａである。その上、ブースタコイル１４２２の電流は送信コイル１４１２の電流に等しい。したがって、説明された例では、使用中のブースタコイルの電流は、以下で説明されるように略１Ａである。

キャパシタ１４２８のキャパシタンスは、ブースタコイル１４２２およびキャパシタ１４２８が正味で正のリアクタンスをもたらすように選択されている。そのため、正味で正のリアクタンスが存在して、送信コイル１４１２のインピーダンスまたはリアクタンスが増加される。したがって、送信コイル１４１２を備えるワイヤレス電力システムは、装置を導入したとき、詳細にはブースタコイル１４２２およびキャパシタ１４２８を導入したとき、再調整が必要になる可能性がある。

キャパシタ１４２８のキャパシタンスは次式（１１）によって与えられる。

式中、Ｃはキャパシタ１４２８のキャパシタンスであり、ωはワイヤレス電力伝送システムの動作周波数であり、Ｌ_２はブースタコイル１４２２のインダクタンスであり、Ｍ_１２は送信コイル１４１２とブースタコイル１４２２との間の相互インダクタンスである。

送信コイル１４１２が生成した磁場の大きさはブースタコイル１４２２の電流によって増加され、それによって、送信コイル１４１２の電流を増加させることなく、受信器に伝送される電力が増加する。送信コイル１４１２は、電流が増加すると損失が増加し得るので、送信コイル１４１２の電流を増加させないが好ましいであろう。たとえば、送信コイル１４１２の電流が増加すると、電流の２乗に比例する伝導損および抵抗損が、増加し得る。したがって、送信コイル１４１２が生成した磁場の強度または大きさを増加するために送信コイル１４１２の電流を増加させると、損失も増加し得るので、望ましくないであろう。

ブースタコイル１４２２は、送信コイル１４１２の電流を増加させるのではなく、対照的に、送信コイル１４１２の電流と略同一であるブースタコイル１４２２の電流を維持する。この追加電流は、送信コイル１４１２によって受信器に誘起される電圧を増加させ得る。

装置１４３０の共振周波数、詳細にはブースタコイル１４２２とキャパシタ１４２８との共振周波数は、ワイヤレス電力伝送システムの動作周波数よりも高い。

ブースタコイル１４２２の電流は、送信コイル１４１２の電流と同相である。それにより、ブースタコイル１４２２の電流によって生成された磁場は、送信コイル１４１２が生成した磁場と同相である。したがって、ブースタコイル１４２２が生成した磁場は、送信コイル１４１２が生成した磁場を効率よく増加させる。磁場が増加すると、受信器に、より高い電圧が誘起され、それによって送信器と受信器との間の電力伝送が向上する。

前述のように、ブースタコイル１４２２はワイヤレス電力伝送システムの送信コイル１４１２に隣接する。送信コイル１４１２とブースタコイル１４２２との間の距離は全体的に均一である。その上、ブースタコイル１４２２と導電性プレート１４２６との間の距離は全体的に均一である。ワイヤレス電力伝送システムのパラメータに依拠して、ブースタコイル１４２２と送信コイル１４１２との間には最適な分離距離がある。

ブースタコイル１４２２を送信コイル１４１２から遠くに配置すると、送信コイル１４１２の電流と略同一であるブースタコイルの電流を誘起するために必要なキャパシタ１４２８のキャパシタンスが増加する。その上、ブースタコイル１４２２が導電性プレート１４２６に近すぎると、渦電流損が大きくなり得る。これらの損失により、電力伝送が減少して電力伝送効率が低下する可能性がある。ブースタコイル１４２２を送信コイル１４１２にできるだけ近づけると、キャパシタ１４２８に必要なキャパシタンスが減少し、必要なキャパシタンス値が実現不可能になってしまう。

したがって、装置１４３０は、ブースタコイル１４２２を、キャパシタ１４２８の必要なキャパシタンス値の実用限界の範囲内で送信コイル１４１２にできるだけ近づけるように、また、ブースタコイル１４２２を、深刻な渦電流損なしで導電性プレート１４２６にもできるだけ近づけるように、配置される。

動作において、装置１４３０は、送信コイル１４１２に対して、ワイヤレス電力伝送システムの受信コイルの反対側に配置される。ワイヤレス電力伝送システムは、送信コイル１４１２を備える送信器と、受信コイルを備える受信器とを含む。ブースタコイル１４２２およびキャパシタ１４２８は、送信コイル４１２由来の磁場または送信コイル４１２が生成した磁場を受信コイルに向けて強化する。キャパシタ１４２８のキャパシタンスは、ワイヤレス電力伝送中にブースタコイル１４２２の電流が送信コイル１４１２の電流と略等しくなるように選択されているので、送信器１４１２を備える送信器は、装置１４３０を導入したとき再調整が必要となる。しかしながら、磁場強度が大幅に増加する。詳細には、送信コイル１４１２が生成した磁場は、装置１４３０によって２倍に増加される。

送信コイル１４１２と反対側の磁場遮蔽コイル１４２２の側に配置された導電性プレート１４２６は、送信コイル１４１２に由来するかまたは送信コイル１４１２によって生成された、導電性プレート１４２６に向かう残留磁場または受信コイルから離れる残留磁場を減衰させる。理解されるように、導電性プレート１４２６なしの装置１４３０を使用しても磁場を強化することになる。

装置１４３０は１つのブースタコイル１４２２を備えるものとして記述されているが、当業者ならその他の構成が可能であることを理解するであろう。別の実施形態では、装置は複数のブースタコイルを備える。装置は、複数のキャパシタをさらに備える。前述のように、各キャパシタが、それぞれのブースタコイルに電気的に接続されている。前述のように、各キャパシタのキャパシタンスは、ワイヤレス電力伝送中、それぞれのブースタコイルの電流が、それぞれアクティブコイルの電流と略等しくなるように選択されている。

別の実施形態では、複数のブースタコイル１４２２は共面である。詳細には、複数のブースタコイル１４２２の主面は同一線上にある。複数のブースタコイル１４２２が、送信コイル１４１２の主面と平行な主面を画定し得る。この実施形態では、送信コイル１４１２によって、ブースタコイル１４２２のうち１つの位置に対応する送信コイル１４１２のある特定の区域において生成された磁場の大きさを、各ブースタコイル１４２２が増加させる。このように、複数のブースタコイル１４２２が、送信コイル１４２２によって生成された、磁場の大きさを特定の位置において増加させたプロファイルまたはマップをもたらすように使用され得る。

ブースタコイル１４２２は送信コイル１４１２と同じ構成を有するものとして記述されているが、当業者ならその他の構成が可能であることを理解するであろう。別の実施形態では、ブースタコイル１４２２は、送信コイル１４１２とは異なる構成を有する。詳細には、ブースタコイル１４２２は、送信コイル１４１２とは異なるサイズ、形状および／または寸法を有する。ブースタコイル１４２２を異なる構成にすることにより、送信コイルのある特定の位置における磁場を強化または増加し得る。個々に成形されたブースタコイル１４２２および送信コイル１４１２の機構を用いると、特定の磁場プロファイルが実現され得る。これは、ある特定の使用事例において有益であり得る。

次に図８Ａおよび図８Ｂを見ると、磁気誘導ワイヤレス電力伝送システムに用いる装置２４３０の別の実施形態が示されている。装置２４３０は、磁気誘導ワイヤレス電力伝送システムのアクティブコイルが生成した磁場を増加するためのものである。この磁気誘導ワイヤレス電力伝送システムは、説明されたワイヤレス電力伝送システム２００でよい。

図示の機構では、装置２４３０は複数のブースタコイルおよび導電性プレート２４２６を備える。図示の機構では装置２４３０は４つのブースタコイルを備えるが、当業者なら、使用されるブースタコイルは、４つより多くても少なくてもよいことを理解するであろう。具体的には、装置２４３０は、第１のブースタコイル２４３２、第２のブースタコイル２４３４、第３のブースタコイル２４３６および第４のブースタコイル２４３８を備える。各ブースタコイルは、個々のキャパシタ２４４２、２４４４、２４４６、２４４８に電気的に接続されている。各キャパシタ２４４２、２４４４、２４４６、２４４８が、それぞれのブースタコイル２４３２、２４３４、２４３６、２４３８の外部にある。各キャパシタ２４４２、２４４４、２４４６、２４４８が、それぞれのブースタコイル２４３２、２４３４、２４３６、２４３８の２つの端子にわたって電気的に接続されている。図８Ｂは、装置２４３０を持ち上げた状態の側面図であるため、キャパシタ２４４２および２４４４は示されていない。

ブースタコイル２４３２、２４３４、２４３６、２４３８は、別段明示されなければ、説明されたブースタコイル１４２２と同様に機能する。

導電性プレート２４２６は、別段明示されなければ、導電性プレート１４２６と同様に構成される。

装置２４３０は、ブースタコイル２４３２、２４３４、２４３６、２４３８が、送信コイル２４１２に対して受信コイルの反対側にくるように配置されている。受信コイルは、送信コイル２４１２が一部分を形成するワイヤレス電力伝送システムの一部である。磁場装置２４３０は、ブースタコイル２４３２、２４３４、２４３６、２４３８が送信コイル２４１２の一方の側に隣接し、受信コイルが送信コイル２４１２のもう一方、反対側に隣接するように、配置されている。

前述のように、装置２４３０は４つのブースタコイル２４３２、２４３４、２４３６、２４３８を備える。各キャパシタ２４４２、２４４４、２４４６、２４４８が、それぞれのブースタコイル２４３２、２４３４、２４３６、２４３８の外部にある。その上、各キャパシタ２４４２、２４４４、２４４６、２４４８が、それぞれのブースタコイル２４３２、２４３４、２４３６、２４３８の２つの端子にわたって電気的に接続されている。図示の機構では、第１のキャパシタ２４４２は、第１のブースタコイル２４３２の２つの端子にわたって電気的に接続されている。第２のキャパシタ２４４４は、第２のブースタコイル２４３４の２つの端子にわたって電気的に接続されている。第３のキャパシタ２４４６は、第３のブースタコイル２４３６の２つの端子にわたって電気的に接続されている。第４のキャパシタ２４４８は、第４のブースタコイル２４３８の２つの端子にわたって電気的に接続されている。

第１のブースタコイル２４３２は、１つの側が第２のブースタコイル２４３４の横に並んでおり、別の側が第３のブースタコイル２４３６の横に並んでいる。第１のブースタコイル２４３２は、第４のブースタコイル２４３８から、はす向かいにある。第２のブースタコイル２４３４は、１つの側が第１のブースタコイル２４３２の横に並んでおり、別の側が第４のブースタコイル２４３８の横に並んでいる。第２のブースタコイル２４３４は、第３のブースタコイル２４３６から、はす向かいにある。第３のブースタコイル２４３６は、１つの側が第１のブースタコイル２４３２の横に並んでおり、別の側が第４のブースタコイル２４３８の横に並んでいる。第３のブースタコイル２４３６は第２のブースタコイル２４３４からはす向かいにある。第４のブースタコイル２４３８は、１つの側が第２のブースタコイル２４３４の横に並んでおり、別の側が第３のブースタコイル２４３６の横に並んでいる。第４のブースタコイル２４３８は、第１のブースタコイル２４３２から、はす向かいにある。

図示の機構では、ブースタコイル２４３２、２４３４、２４３６、２４３８は送信コイル２４１２の内部に包含されている。

本主題開示のために、送信コイル２４１２は、（ｉ）ブースタコイル２４３２、２４３４、２４３６、２４３８の周囲によって画定された領域を送信コイル２４１２の領域に投影すると、投影は送信コイル２４１２の領域に完全に収まる、（ｉｉ）ブースタコイル２４３２、２４３４、２４３６、２４３８の投影された領域が送信コイル２４１２の領域によって囲まれる、（ｉｉｉ）送信コイル２４１２の領域が、ブースタコイル２４３２、２４３４、２４３６、２４３８の周囲によって画定された全領域よりも大きい、といった状態のうち少なくとも１つが存在するとき、ブースタコイル２４３２、２４３４、２４３６、２４３８を包含すると言われる。

図示の機構では、図８Ａに最もよく示されるように、送信コイル２４１２は全体的に四角であって丸コーナを有する。図示の機構では、装置２４３０の各ブースタコイル２４３２、２４３４、２４３６、２４３８が送信コイル２４１２と同一の寸法または形状を有することはない。各ブースタコイル２４３２、２４３４、２４３６、２４３８の直径は、送信コイル２４１２の長さまたは幅よりも小さい。その上、各ブースタコイル２４３２、２４３４、２４３６、２４３８の形状は、送信コイル２４１２の四角形状とは対照的に全体的に円形である。

図示の機構では、図８Ｂに最もよく示されるように、ブースタコイル２４３２、２４３４、２４３６、２４３８は平行である。この点で、「平行」は、各ブースタコイル２４３２、２４３４、２４３６、２４３８の主表面によって画定された面が、互いの他のブースタコイル２４３２、２４３４、２４３６、２４３８の主表面によって画定された面と平行であることと定義される。したがって、ブースタコイル２４３２、２４３４、２４３６、２４３８が１つの面を画定する。ブースタコイル２４３２、２４３４、２４３６、２４３８によって画定された１つの面は、送信コイル２４１２の主表面によって画定された面、および導電性プレート２４２６の主表面によって画定された面に対して平行である。

動作において、装置２４３０の、ブースタコイル２４３２、２４３４、２４３６、２４３８の位置に対応する位置において、磁場が強化または増加され得る。したがって、複数のブースタコイル２４３２、２４３４、２４３６、２４３８を使用することによって特定の磁場マップまたはプロファイルが実現され得る。

磁気誘導ワイヤレス電力伝送システムのアクティブコイルが生成した磁場を増加するための装置を、導電性プレートとともに説明してきたが、装置の、説明された実施形態のいずれにおいても、導電性プレートは存在しなくてよい。

送信コイルに関して装置１４３０および２４３０を説明してきたが、当業者なら、これらの装置は、ワイヤレス電力伝送システムの受信器の受信コイルとともに同様に使用され得ることを理解するであろう。これらの装置は、送信コイルと受信コイルとの両方、または送信コイルおよび受信コイルのうちどちらか１つのみとともに使用され得る。たとえば、送信コイルが生成した磁場を増加するために、ブースタコイルを備える装置が送信コイルとともに使用されてよく、それによって受信コイルへの電力伝送が増加する。受信器における再調整が不要になることを保証するために、磁場遮蔽コイルを備える装置が受信コイルとともに使用され得る。

１００ ワイヤレス電力伝送システム
１１０ 送信器
１１２ 電源
１１４ 送信要素
１２０ 受信器
１２２ 負荷
１２４ 受信要素
２００ ワイヤレス電力伝送システム
２０２ 送信器
２０４ 受信器
２０６ 電源
２０８ 送信器のＤＣ／ＤＣコンバータ
２１０ ＤＣ／ＡＣインバータ
２１２ 送信コイル
２１３ 銅トラック
２１４ 受信コイル
２１６ ＡＣ／ＤＣ整流器
２１８ 受信器のＤＣ／ＤＣコンバータ
２２０ 負荷
２２８ キャパシタ
４１２ 送信コイル
４２２ 磁場遮蔽コイル
４２６ 導体
４２８ キャパシタ
４３０ 磁場遮蔽ユニット
５１２ 送信コイル
５２２ 第１の磁場遮蔽コイル
５２４ 第２の磁場遮蔽コイル
５２６ 導電性プレート
５２８ キャパシタ
５３０ 磁場遮蔽ユニット
６１２ 送信コイル
６２２ 第１の磁場遮蔽コイル
６２４ 第２の磁場遮蔽コイル
６２６ 導電性プレート
６２８ 個別／外部キャパシタ
６２９ 個別／外部キャパシタ
６３０ 磁場遮蔽ユニット
１４１２ 送信コイル
１４２２ ブースタコイル
１４２６ 導電性プレート
１４２８ キャパシタ
１４３０ 磁場装置
２４１２ 送信コイル
２４２６ 導電性プレート
２４３０ 磁場装置
２４３２ 第１のブースタコイル
２４３４ 第２のブースタコイル
２４３６ 第３のブースタコイル
２４３８ 第４のブースタコイル
２４４２ 第１のキャパシタ
２４４４ 第２のキャパシタ
２４４６ 第３のキャパシタ
２４４８ 第４のキャパシタ
Ｃ キャパシタ４２８のキャパシタンス
Ｃ_１ キャパシタ６２８のキャパシタンス
Ｃ_２ キャパシタ６２９のキャパシタンス
Ｌ_１ コイル１のインダクタンス
Ｌ_２ コイル２のインダクタンス
Ｌ_３ コイル３のインダクタンス

Claims (18)

1. 磁気誘導ワイヤレス電力伝送システムに用いる装置であって、
   磁気誘導ワイヤレス電力伝送システムのアクティブコイルに隣接して配置された少なくとも１つの遮蔽コイルと、
   前記遮蔽コイルに電気的に接続されたキャパシタと、
   前記遮蔽コイルを基準として前記アクティブコイルがある側の反対側において前記遮蔽コイルに隣接して配置され、前記遮蔽コイルを包含する導体と、を備え、
   前記アクティブコイルは送信コイルまたは受信コイルを含み、
   前記遮蔽コイルは、前記アクティブコイルに由来する磁場または前記アクティブコイルが生成した磁場を強化するように構成され、
   前記装置のパラメータが
   に基づいて決定され、
   ωは前記装置の共振周波数であり、
   Ｍ _１２ は前記遮蔽コイルと前記アクティブコイルとの間の相互インダクタンスであり、
   ｒ _Ｌ２ は前記遮蔽コイルの抵抗であり、
   Ｌ _２ は前記遮蔽コイルのインダクタンスであり、
   Ｃは前記キャパシタのキャパシタンスであり、
   Ｚ _１ｇｎｄ は前記アクティブコイルに対する前記導体の反射インピーダンスであり、
   Ｚ _２ｇｎｄ は前記遮蔽コイルに対する前記導体の反射インピーダンスである、装置。
2. 前記装置の共振周波数が前記アクティブコイルの共振周波数よりも高い、請求項１に記載の装置。
3. 前記遮蔽コイルの共振周波数が前記遮蔽コイルの自己共振周波数以下である、請求項１に記載の装置。
4. 前記遮蔽コイルの電流の位相と前記アクティブコイルの電流の位相とが等しい、請求項１に記載の装置。
5. 前記導体が、前記アクティブコイルに由来する前記磁場を減衰するように構成されている、請求項１から４のいずれか一項に記載の装置。
6. 前記磁気誘導ワイヤレス電力伝送システムのアクティブコイルに隣接して配置された第１の遮蔽コイルと、前記第１の遮蔽コイルと前記導体との間に配置された第２の遮蔽コイルとの２つの遮蔽コイルを備える、請求項１から５のいずれか一項に記載の装置。
7. 前記キャパシタが前記第１の遮蔽コイルに電気的に接続され、前記第２の遮蔽コイルの端子が、容量性反射インピーダンスをもたらすように互いに電気的に短絡されているか、または、
   前記キャパシタが前記第１の遮蔽コイルに電気的に接続され、前記装置が、前記第２の遮蔽コイルに電気的に接続された第２のキャパシタをさらに備える、請求項６に記載の装置。
8. 磁場結合によって電力を伝送するためのワイヤレス電力伝送システムであって、
   磁場結合によって電力を伝送するための送信コイルと、
   磁場結合によって前記送信コイルから電力を抽出するための受信コイルと、
   少なくとも１つの装置と、を備え、
   前記少なくとも１つの装置が、
   前記送信コイルまたは前記受信コイルに隣接して配置された少なくとも１つの遮蔽コイルと、
   前記遮蔽コイルに電気的に接続されたキャパシタと、
   前記遮蔽コイルを基準として前記送信コイルまたは前記受信コイルがある側の反対側において前記遮蔽コイルに隣接して配置され、前記遮蔽コイルを包含する導体と、を備え、
   前記装置のパラメータが
   に基づいて決定され、
   ωは前記装置の共振周波数であり、
   Ｍ _１２ は前記遮蔽コイルと前記送信コイルまたは前記受信コイルとの間の相互インダクタンスであり、
   ｒ _Ｌ２ は前記遮蔽コイルの抵抗であり、
   Ｌ _２ は前記遮蔽コイルのインダクタンスであり、
   Ｃは前記キャパシタのキャパシタンスであり、
   Ｚ _１ｇｎｄ は前記送信コイルまたは前記受信コイルに対する前記導体の反射インピーダンスであり、
   Ｚ _２ｇｎｄ は前記遮蔽コイルに対する前記導体の反射インピーダンスである、ワイヤレス電力伝送システム。
9. 磁気誘導ワイヤレス電力伝送システムのアクティブコイルを遮蔽する方法であって、
   キャパシタに電気的に接続された少なくとも１つの遮蔽コイルを、前記磁気誘導ワイヤレス電力伝送システムのアクティブコイルに隣接して配置するステップと、
   導体が前記遮蔽コイルを包含するように、前記遮蔽コイルを基準として前記アクティブコイルがある側の反対側において前記遮蔽コイルに隣接して前記導体を配置するステップと、を含み、
   前記遮蔽コイルのパラメータが
   に基づいて決定され、
   ωは前記遮蔽コイルの共振周波数であり、
   Ｍ _１２ は前記遮蔽コイルと前記アクティブコイルとの間の相互インダクタンスであり、
   ｒ _Ｌ２ は前記遮蔽コイルの抵抗であり、
   Ｌ _２ は前記遮蔽コイルのインダクタンスであり、
   Ｃは前記キャパシタのキャパシタンスであり、
   Ｚ _１ｇｎｄ は前記アクティブコイルに対する前記導体の反射インピーダンスであり、
   Ｚ _２ｇｎｄ は前記遮蔽コイルに対する前記導体の反射インピーダンスである、方法。
10. 磁気誘導によってワイヤレスで電力を伝送する方法であって、
    送信コイルにおいて磁場を生成して、磁場結合によって受信コイルに電力を伝送するステップと、
    生成された前記磁場を、前記送信コイルを基準として前記受信コイルがある側の反対側において前記送信コイルに隣接して配置された少なくとも１つの遮蔽コイルによって強化するステップと、
    生成された前記磁場を、前記遮蔽コイルを基準として前記送信コイルがある側の反対側において前記遮蔽コイルに隣接して配置され前記遮蔽コイルを包含する導体によって減衰するステップと、を含み、
    キャパシタが前記遮蔽コイルに電気的に接続され、
    前記遮蔽コイルのパラメータが
    に基づいて決定され、
    ωは前記遮蔽コイルの共振周波数であり、
    Ｍ _１２ は前記遮蔽コイルと前記送信コイルとの間の相互インダクタンスであり、
    ｒ _Ｌ２ は前記遮蔽コイルの抵抗であり、
    Ｌ _２ は前記遮蔽コイルのインダクタンスであり、
    Ｃは前記キャパシタのキャパシタンスであり、
    Ｚ _１ｇｎｄ は前記送信コイルに対する前記導体の反射インピーダンスであり、
    Ｚ _２ｇｎｄ は前記遮蔽コイルに対する前記導体の反射インピーダンスである、方法。
11. 磁気誘導ワイヤレス電力伝送システムに用いる装置であって、
    磁気誘導ワイヤレス電力伝送システムのアクティブコイルに隣接して配置された少なくとも１つのブースタコイルと、
    前記ブースタコイルに電気的に接続されたキャパシタであって、ワイヤレス電力伝送中、前記ブースタコイルの電流が前記アクティブコイルの電流と等しくなるようにキャパシタンスを選択されたキャパシタと、
    前記ブースタコイルを基準として前記アクティブコイルがある側の反対側において前記ブースタコイルに隣接して配置され、前記ブースタコイルを包含する導体と、を備え、
    前記アクティブコイルは送信コイルまたは受信コイルを含み、
    前記ブースタコイルは、前記アクティブコイルが生成した磁場を強化する、装置。
12. （ｉ）前記装置が正味で正のリアクタンスを生成するように、および／または（ｉｉ）前記アクティブコイルのインピーダンスもしくはリアクタンスが増加するように、前記キャパシタのキャパシタンスが選択されている、請求項１１に記載の装置。
13. 前記アクティブコイルの面が前記ブースタコイルの面と平行である、請求項１１または１２に記載の装置。
14. 前記ブースタコイルと前記アクティブコイルとの間の距離および前記ブースタコイルと前記導体との間の距離が、前記キャパシタの必要なキャパシタンスおよび前記導体における渦電流損が最適化されるように選択されている、請求項１１に記載の装置。
15. 複数のブースタコイルを備える請求項１１から１４のいずれか一項に記載の装置。
16. 前記ブースタコイルが、前記アクティブコイルによって包含されるように構成されている、請求項１５に記載の装置。
17. 前記複数のブースタコイルが、前記アクティブコイルによって生成された磁場を磁場プロファイルに従って増加するように構成されている、請求項１５に記載の装置。
18. 磁気誘導によってワイヤレスで電力を伝送する方法であって、
    送信コイルにおいて磁場を生成して、磁場結合によって受信コイルに電力を伝送するステップと、
    生成された前記磁場を、前記送信コイルを基準として前記受信コイルがある側の反対側において前記送信コイルに隣接して配置された少なくとも１つのブースタコイルと、前記ブースタコイルを基準として前記送信コイルがある側の反対側において前記ブースタコイルに隣接して配置され、前記ブースタコイルを包含する導体と、前記ブースタコイルに電気的に接続されたキャパシタであって、ワイヤレス電力伝送中に前記ブースタコイルの電流が前記送信コイルの電流と等しくなるようにキャパシタンスを選択されたキャパシタとによって強化するステップと、を含む方法。